FPGA-based architecture for hyperspectral unmixing

This paper proposes an FPGA-based architecture for onboard hyperspectral unmixing. This method based on the Vertex Component Analysis (VCA) has several advantages, namely it is unsupervised, fully automatic, and it works without dimensionality reduction (DR) pre-processing step. The architecture has been designed for a low cost Xilinx Zynq board with a Zynq-7020 SoC FPGA based on the Artix-7 FPGA programmable logic and tested using real hyperspectral datasets. Experimental results indicate that the proposed implementation can achieve real-time processing, while maintaining the methods accuracy, which indicate the potential of the proposed platform to implement high-performance, low cost embedded systems.

System-on-chip field-programmable gate array design for onboard real-time hyperspectral unmixing

Hyperspectral instruments have been incorporated in satellite missions, providing large amounts of data of high spectral resolution of the Earth surface. This data can be used in remote sensing applications that often require a real-time or near-real-time response. To avoid delays between hyperspectral image acquisition and its interpretation, the last usually done on a ground station, onboard systems have emerged to process data, reducing the volume of information to transfer from the satellite to the ground station. For this purpose, compact reconfigurable hardware modules, such as field-programmable gate arrays (FPGAs), are widely used. This paper proposes an FPGA-based architecture for hyperspectral unmixing. This method based on the vertex component analysis (VCA) and it works without a dimensionality reduction preprocessing step. The architecture has been designed for a low-cost Xilinx Zynq board with a Zynq-7020 system-on-chip FPGA-based on the Artix-7 FPGA programmable logic and tested using real hyperspectral data. Experimental results indicate that the proposed implementation can achieve real-time processing, while maintaining the methods accuracy, which indicate the potential of the proposed platform to implement high-performance, low-cost embedded systems, opening perspectives for onboard hyperspectral image processing.

Transporte marítimo de curta distância na União Europeia e em Portugal

O transporte marítimo sempre assumiu uma importância primordial no transporte, quer de pessoas como de mercadorias. O uso das vias marítimas para o transporte de mercadorias é uma prática utilizada desde os tempos antigos. O transporte marítimo na Europa sempre foi uma forma eficaz e de baixo custo de transportar passageiros e mercadorias de um local para outro. Atualmente, todos os modos de transporte necessitam de melhorar a sua eficiência e reduzir o montante de poluentes que libertam para o meio-ambiente. O transporte marítimo de curta distância (TMCD) é parte essencial no sistema de transporte multimodal Europeu representando cerca de 37% das transações intracomunitárias (tkm). Os resultados alcançados advêm desde que, em 2001, a European Shortsea Network (ESN) em parceria com os Shortsea Promotion Centres (SPC) de cada Estado-Membro da União Europeia (EU) conseguiram efetuar progressos significativos na promoção e desenvolvimento do transporte por esta via. Esta tese de mestrado pretende caraterizar o TMCD na EU e em Portugal e a sua articulação com os outros meios de transporte de mercadorias. Será também analisada a situação Portuguesa ao nível do transporte marítimo de mercadorias fazendo especial relevância à mercadoria contentorizada, às infraestruturas atualmente existentes em Portugal assim como às perspetivas futuras para o setor. A metodologia utilizada inclui a revisão de literatura da investigação efetuada sobre o setor, a recolha de informação primária através do instrumento inquérito e a recolha de informação estatística a partir de fontes secundárias, permitindo a caraterização do setor. O inquérito foi desenvolvido e partilhado com mais de um milhar de empresas a operar em Portugal, nas que se incluem as empresas transportadoras, operadores logísticos, agentes de navegação e as principais empresas exportadoras/importadoras a operar em Portugal, tendo-se obtido 106 respostas válidas. A nível nacional, o inquérito realizado permitiu confirmar que os principais portos logísticos para a movimentação internacional de mercadorias são os portos de Leixões, Lisboa, Sines e Setúbal, estando a maioria das empresas inquiridas localizadas no hinterland destes portos. O inquérito permitiu também concluir que o facto de o transporte rodoviário ser um meio de transporte rápido, de baixo custo para curtas e médias distâncias, de elevada frequência de transporte, de oferecer elevada capacidade e diversos tipos de carga transportada, de oferecer serviços Porta-a-Porta, da elevada flexibilidade e mobilidade oferecida, assim como a rapidez das operações de carga e descarga continuam a contribuir para a elevada competitividade deste modo de transporte de mercadorias, sendo as razões pelo qual este modo é escolhido, pese embora, ser o modo mais poluente por tonelada transportada. Os modos de transporte TMCD e ferroviário apenas são alvo de escolha, como modo de transporte de mercadorias, por parte das empresas mais responsáveis socialmente e ambiental. O inquérito permitiu ainda concluir que, para haver uma melhor articulação entre o TMCD com outros meios de transporte, é necessário que sejam disponibilizados novos serviços, portos e terminais logísticos com serviços privatizados, assim como a redução das tarifas aplicáveis TMCD.

Projecto e implementação de osciloscópio digital baseado na norma IEEE1451.0

Os osciloscópios digitais são utilizados em diversas áreas do conhecimento, assumindo-se no âmbito da engenharia electrónica, como instrumentos indispensáveis. Graças ao advento das Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), os instrumentos de medição reconfiguráveis, dadas as suas vantagens, i.e., altos desempenhos, baixos custos e elevada flexibilidade, são cada vez mais uma alternativa aos instrumentos tradicionalmente usados nos laboratórios. Tendo como objectivo a normalização no acesso e no controlo deste tipo de instrumentos, esta tese descreve o projecto e implementação de um osciloscópio digital reconfigurável baseado na norma IEEE 1451.0. Definido de acordo com uma arquitectura baseada nesta norma, as características do osciloscópio são descritas numa estrutura de dados denominada Transducer Electronic Data Sheet (TEDS), e o seu controlo é efectuado utilizando um conjunto de comandos normalizados. O osciloscópio implementa um conjunto de características e funcionalidades básicas, todas verificadas experimentalmente. Destas, destaca-se uma largura de banda de 575kHz, um intervalo de medição de 0.4V a 2.9V, a possibilidade de se definir um conjunto de escalas horizontais, o nível e declive de sincronismo e o modo de acoplamento com o circuito sob análise. Arquitecturalmente, o osciloscópio é constituído por um módulo especificado com a linguagem de descrição de hardware (HDL, Hardware Description Language) Verilog e por uma interface desenvolvida na linguagem de programação Java®. O módulo é embutido numa FPGA, definindo todo o processamento do osciloscópio. A interface permite o seu controlo e a representação do sinal medido. Durante o projecto foi utilizado um conversor Analógico/Digital (A/D) com uma frequência máxima de amostragem de 1.5MHz e 14 bits de resolução que, devido às suas limitações, obrigaram à implementação de um sistema de interpolação multi-estágio com filtros digitais.

Integrated Management of Cloud Computing Resources

Lunacloud is a cloud service provider with offices in Portugal, Spain, France and UK that focus on delivering reliable, elastic and low cost cloud Infrastructure as a Service (IaaS) solutions. The company currently relies on a proprietary IaaS platform - the Parallels Automation for Cloud Infrastructure (PACI) - and wishes to expand and integrate other IaaS solutions seamlessly, namely open source solutions. This is the challenge addressed in this thesis. This proposal, which was fostered by Eurocloud Portugal Association, contributes to the promotion of interoperability and standardisation in Cloud Computing. The goal is to investigate, propose and develop an interoperable open source solution with standard interfaces for the integrated management of IaaS Cloud Computing resources based on new as well as existing abstraction libraries or frameworks. The solution should provide bothWeb and application programming interfaces. The research conducted consisted of two surveys covering existing open source IaaS platforms and PACI (features and API) and open source IaaS abstraction solutions. The first study was focussed on the characteristics of most popular open source IaaS platforms, namely OpenNebula, OpenStack, CloudStack and Eucalyptus, as well as PACI and included a thorough inventory of the provided Application Programming Interfaces (API), i.e., offered operations, followed by a comparison of these platforms in order to establish their similarities and dissimilarities. The second study on existing open source interoperability solutions included the analysis of existing abstraction libraries and frameworks and their comparison. The approach proposed and adopted, which was supported on the conclusions of the carried surveys, reuses an existing open source abstraction solution – the Apache Deltacloud framework. Deltacloud relies on the development of software driver modules to interface with different IaaS platforms, officially provides and supports drivers to sixteen IaaS platform, including OpenNebula and OpenStack, and allows the development of new provider drivers. The latter functionality was used to develop a new Deltacloud driver for PACI. Furthermore, Deltacloud provides a Web dashboard and REpresentational State Transfer (REST) API interfaces. To evaluate the adopted solution, a test bed integrating OpenNebula, Open- Stack and PACI nodes was assembled and deployed. The tests conducted involved time elapsed and data payload measurements via the Deltacloud framework as well as via the pre-existing IaaS platform API. The Deltacloud framework behaved as expected, i.e., introduced additional delays, but no substantial overheads. Both the Web and the REST interfaces were tested and showed identical measurements. The developed interoperable solution for the seamless integration and provision of IaaS resources from PACI, OpenNebula and OpenStack IaaS platforms fulfils the specified requirements, i.e., provides Lunacloud with the ability to expand the range of adopted IaaS platforms and offers a Web dashboard and REST API for the integrated management. The contributions of this work include the surveys and comparisons made, the selection of the abstraction framework and, last, but not the least, the PACI driver developed.

Ligação Adesiva de Polímeros Particularmente Difíceis de Colar

As ligações adesivas têm sido cada vez mais utilizadas nos últimos anos em detrimento de outros métodos tais como a soldadura, ligações aparafusadas e ligações rebitadas. Os plásticos de Engenharia têm um papel cada vez mais preponderante na indústria, devido às suas excelentes propriedades. Neste trabalho foram considerados três polímeros diferentes, o Policloreto de Vinilo (PVC) e o Polipropileno (PP) dado o seu baixo custo e peso e a superfície quimicamente inerte e o Politetrafluoretileno (PTFE) devido às suas boas propriedades químicas e excelentes propriedades de deslizamento. No entanto, estes materiais possuem uma baixa energia de superfície e, por isso, são muito difíceis de colar com mais relevância para o PTFE. Assim, após um estudo preliminar foi escolhido, para realizar as colagens necessárias, um adesivo da Tamarron Technology “Tam Tech Adhesive”, próprio para este tipo de substratos difíceis de colar. Posteriormente foi efetuada a sua caraterização através de ensaios de provetes maciços à tração. O principal objetivo deste trabalho foi estudar juntas de sobreposição simples de materiais poliméricos difíceis de colar tais como o PTFE, PP e PVC com recurso a um adesivo que não necessitasse de preparação de superfície. Foram fabricadas juntas de sobreposição simples (JSS) segundo os métodos Lap Shear (LS) e Block Shear (BS) dos três materiais referidos anteriormente e realizados os respetivos ensaios para avaliar o comportamento mecânico das ligações adesivas. Os materiais utilizados como substratos foram também submetidos a ensaios de tração com a finalidade de obter o módulo de elasticidade e as suas propriedades de resistência. Os substratos envolvidos nas juntas adesivas não sofreram qualquer preparação especial das superfícies. Na maioria dos casos consistiu apenas numa limpeza das superfícies com álcool etílico. Contudo, para o PTFE também se experimentou a preparação por abrasão com lixa e por chama. Foi também efetuado um trabalho de simulação numérica por elementos finitos utilizando um modelo de dano coesivo triangular. As resistências ao corte obtidas são superiores em BS comparativamente a LS, exceção feita aos substratos de PTFE aonde os resultados são similares. O tratamento por chama melhorou a resistência mecânica das juntas. Verificou-se também que o modelo numérico simulou adequadamente o comportamento das juntas principalmente das LS.

Dot-ELISA for the detection of anti-Cysticercus cellulosae antibodies in cerebrospinal fluid using a new solid phase (resin-treated polyester fabric) and Cysticercus longicollis antigens

A dot-ELISA was developed for the detection of antibodies in CSF in the immunologic diagnosis of human neurocysticercosis, using antigen extracts of the membrane and scolex of Cysticercus cellulosae (M+S-Cc) and, alternately, membrane (M) and vesicular fluid (VF) of Cysticercus longicollis (Cl) covalently bound to a new solid phase consisting of polyester fabric treated with N-methylol-acrylamide resin (dot-RT). The test was performed at room temperature, with reduced incubation times and with no need for special care in the manipulation of the support. The sensitivity rates obtained were 95.1% for antigen Cc and 97.6% for antigen Cl. Specificity was 90.6% when Cc was used, and 96.9% and 100% when M-Cl and VF-Cl were used, respectively. No significant differences in titer were observed between tests carried out with homologous and heterologous antigens. The low cost and easy execution of the dot-RT test using antigen extracts of Cysticercus longicollis indicate the test for use in the immunodiagnosis of human neurocysticercosis.

Projeto e dimensionamento da tampa de ventilação de um motor elétrico

Nos dias de hoje a indústria tenta tornar-se cada vez mais competitiva baixando os custos de produção e aumentando a eficiência do produto. O presente trabalho visa desenvolver uma tampa de ventilação de um motor elétrico mais competitiva mas que cumpra com o desempenho mecânico e eficiência solicitados. Para tal, começou-se por analisar alguns motores elétricos e as suas aplicações. Seguidamente apresentam-se conceitos sobre aerodinâmica e processos de fabrico que permitem apoiar as opções tomadas ao longo do estudo. Após o fundamento teórico é apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma nova peça. Recorrendo a softwares como o solidworks e Ansys, realizou-se uma análise analítica que permitiu validar as alterações propostas na tampa de ventilação. Foram, ainda, realizadas análises experimentais com o intuito de consolidar os resultados obtidos analiticamente e garantir que o componente cumpria os requisitos impostos por organizações internacionais ligadas à indústria do oil and gas. A primeira das análises experimentais realizada testa a capacidade do material resistir ao impacto de componentes de pequenas dimensões. Esta analise permitiu garantir a utilização da tampa de ventilação em todas as áreas sem limites de normalização. A segunda permite analisar experimentalmente as alterações de design assim como testar alguns trabalhos futuros. Esta análise permitiu definir se no novo projeto da tampa desenvolvido deveria comtemplar uma alteração do diâmetro da entrada de ar da tampa de ventilação. Como resultados aparecem as decisões tomadas na presente tese, assim como analisar as metas que foram atingidas e que melhorias se pretende atingir de futuro tentando visar novas metas. Os resultados obtidos permitiram definir uma nova tampa de ventilação com a nova que irá beneficiar a empresa na sua competitividade no mercado mantendo a performance do motor.

Cryo-Microtome sections of coproculture larvae of Strongyloides stercoralis and Strongyloides ratti as antigen sources for the immunodiagnosis of human strongyloidiasis

Cryo-microtome sections of larvae of Strongyloides stercoralis and S. ratti respectively obtained from human and rat feces cultures, were used as antigens. Fluoresceinate conjugates against human IgG were employed at the ideal titer of 10 for S. stercoralis and 100 for S. ratti. The sensitivity of the indirect immunofluorescence reaction (IIF) was 94.4% and 92.5% and the specificity 94.2% and 97.1% for the two specific larval antigens, respectively. Sera from 123 persons (54 from carriers of S. stercoralis infections and 69 from controls) were submitted to the reaction. The titers of different sera varied from 20 to 2560. There was a significant linear correlation (r = 0.85 p £ 0.001) between the antibodies from the two species of larval antigens. We conclude that both antigens may be used in the IIF reaction for the diagnosis of human strongyloidiasis. Due to the feasibility of safe and low-cost mass production of S. ratti larvae in the laboratory with a considerable economy of conjugate, their utilization in the serum diagnosis of human strongyloidiasis is recommended

Desenvolvimento de Anticorpos Plásticos para um Biomarcador do Cancro

O trabalho descrito compreende o desenvolvimento de um anticorpo plástico (MIP, do inglês Molecularly Imprinted Polymer) para o antigénio carcinoembrionário (CEA, do inglês Carcinoembriogenic Antigen) e a sua aplicação na construção de dispositivos portáteis, de tamanho reduzido e de baixo custo, tendo em vista a monitorização deste biomarcador do cancro do colo-retal em contexto Point-of-Care (POC). O anticorpo plástico foi obtido por tecnologia de impressão molecular orientada, baseada em eletropolimerização sobre uma superfície condutora de vidro recoberto por FTO. De uma forma geral, o processo foi iniciado pela electropolimerização de anilina sobre o vidro, seguindo-se a ligação por adsorção do biomarcador (CEA) ao filme de polianilina, com ou sem monómeros carregados positivamente (Cloreto de vinilbenziltrimetilamónio, VB). A última fase consistiu na electropolimerização de o-fenilenodiamina (oPD) sobre a superfície, seguindo-se a remoção da proteína por clivagem de ligações peptídicas, com o auxílio de tripsina. A eficiência da impressão do biomarcador CEA no material polimérico foi controlada pela preparação de um material análogo, NIP (do inglês, Non-Imprinted Polymer), no qual nem a proteína nem o monómero VB estavam presentes. Os materiais obtidos foram caracterizados quimicamente por técnicas de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR, do inglês, Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e microscopia confocal de Raman. Os materiais sensores preparados foram entretanto incluídos em membranas poliméricas de Poli(cloreto de vinilo) (PVC) plastificado, para construção de sensores (biomiméticos) seletivos a CEA, tendo-se avaliado a resposta analítica em diferentes meios. Obteve-se uma boa resposta potenciométrica em solução tampão de Ácido 4-(2-hidroxietil)piperazina-1-etanosulfónico (HEPES), a pH 4,4, com uma membrana seletiva baseada em MIP preparada com o monómero carregado VB. O limite de deteção foi menor do que 42 pg/mL, observando-se um comportamento linear (versus o logaritmo da concentração) até 625 pg/mL, com um declive aniónico igual a -61,9 mV/década e r2>0,9974. O comportamento analítico dos sensores biomiméticos foi ainda avaliado em urina, tendo em vista a sua aplicação na análise de CEA em urina. Neste caso, o limite de deteção foi menor do que 38 pg/mL, para uma resposta linear até 625 pg/mL, com um declive de -38,4 mV/década e r2> 0,991. De uma forma geral, a aplicação experimental dos sensores biomiméticos evidenciou respostas exatas, sugerindo que os biossensores desenvolvidos prossigam estudos adicionais tendo em vista a sua aplicação em amostras de indivíduos doentes.

Desenvolvimento de sistema de apoio dinâmico da chapa no corte em guilhotina

Guilhotinas são máquinas robustas, de corte rectilíneo, normalmente associadas a equipamentos de baixo custo, devido à pequena quantidade de dispositivos tecnológicos incorporados. No entanto, esta situação pode ser alterada através da criatividade dos projetistas deste tipo de equipamento. Analisando algumas operações específicas, pode-se observar que algumas ferramentas, quando associadas ao equipamento, podem aumentar substancialmente a produtividade do processo de corte e a qualidade do produto final. Em relação ao processo de corte de chapas finas de metal, pode-se observar que na fase final de corte, o peso do material a cortar é suspenso por uma pequena porção de material que ainda não foi sujeita ao corte. Este facto leva a uma deformação plástica nesta última zona, causando problemas de qualidade no produto final, que não ficará completamente plano. Este trabalho foi desenvolvido em torno deste problema, estudando a melhor solução para desenvolver uma nova ferramenta, capaz de evitar a falta de nivelamento da placa, após corte. Um novo equipamento foi concebido, capaz de ser facilmente incorporado na guilhotina, permitindo o acompanhamento da inclinação da lâmina durante a operação de corte. O sistema é totalmente automatizado, sendo operado por uma única instrução de corte dada pelo operador da máquina. Este sistema permite à empresa fabricante aumentar o valor agregado de cada máquina, oferecendo aos clientes soluções avançadas, contribuindo desta forma para a sustentabilidade do negócio da empresa.

Declarative approach to data extraction of web pages

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia of the Universidade Nova de Lisboa, in partial fulfilment of the requirements for the degree of Master in Computer Science

Desenvolvimento e aluguer de software de faturação

As aplicações de Gestão ou Faturação são uma presença indispensável hoje em dia. Tendo o seu início nas aplicações “MS-DOS” em modo de texto, estas aplicações acompanharam a evolução dos sistemas operativos adotando um ambiente gráfico de forma natural. Se há poucos anos apenas as empresas com volumes de negócio significativo possuíam software de faturação, este foi sendo adotado por cada vez mais empresas e pequenos negócios. As alterações legislativas introduzidas desde 2011 conduziram a uma adoção generalizada por parte de pequenas e microempresas. O mercado de aplicações de gestão está saturado pelos grandes produtores de software nacionais: Primavera, Sage, etc. Estas aplicações, tendo sido construídas para PMEs (Pequenas e Médias Empresas) e mesmo grandes empresas, são excessivamente complexas e onerosas para muito pequenas e microempresas. O Modelo de negócio destes produtores de software é primordialmente a venda de Licenças e contratos de Manutenção, nalguns casos através de redes de Agentes. Este projeto teve como objetivo o desenvolvimento de uma Aplicação de Faturação, de baixo custo, simples e cross-platform para ser comercializada em regime de aluguer em Pequenas e Micro Empresas.

Exploring distributed computing tools through data mining tasks

Harnessing idle PCs CPU cycles, storage space and other resources of networked computers to collaborative are mainly fixated on for all major grid computing research projects. Most of the university computers labs are occupied with the high puissant desktop PC nowadays. It is plausible to notice that most of the time machines are lying idle or wasting their computing power without utilizing in felicitous ways. However, for intricate quandaries and for analyzing astronomically immense amounts of data, sizably voluminous computational resources are required. For such quandaries, one may run the analysis algorithms in very puissant and expensive computers, which reduces the number of users that can afford such data analysis tasks. Instead of utilizing single expensive machines, distributed computing systems, offers the possibility of utilizing a set of much less expensive machines to do the same task. BOINC and Condor projects have been prosperously utilized for solving authentic scientific research works around the world at a low cost. In this work the main goal is to explore both distributed computing to implement, Condor and BOINC, and utilize their potency to harness the ideal PCs resources for the academic researchers to utilize in their research work. In this thesis, Data mining tasks have been performed in implementation of several machine learning algorithms on the distributed computing environment.

A process-based control for evolvable production systems

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores