Monitoring morphisms to support sustainable interoperability of enterprise systems

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

Testing Nelder-Mead Based Repulsion Algorithms for Multiple Roots of Nonlinear Systems via a Two-Level Factorial Design of Experiments

This paper addresses the challenging task of computing multiple roots of a system of nonlinear equations. A repulsion algorithm that invokes the Nelder-Mead (N-M) local search method and uses a penalty-type merit function based on the error function, known as 'erf', is presented. In the N-M algorithm context, different strategies are proposed to enhance the quality of the solutions and improve the overall efficiency. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm. The main goal of this paper is to use a two-level factorial design of experiments to analyze the statistical significance of the observed differences in selected performance criteria produced when testing different strategies in the N-M based repulsion algorithm.

Matrix fractional systems

This paper addresses the matrix representation of dynamical systems in the perspective of fractional calculus. Fractional elements and fractional systems are interpreted under the light of the classical Cole–Cole, Davidson–Cole, and Havriliak–Negami heuristic models. Numerical simulations for an electrical circuit enlighten the results for matrix based models and high fractional orders. The conclusions clarify the distinction between fractional elements and fractional systems.

Visualizing control systems performance: A fractional perspective

This article presents a novel method for visualizing the control systems behavior. The proposed scheme uses the tools of fractional calculus and computes the signals propagating within the system structure as a time/frequency-space wave. Linear and nonlinear closed-loop control systems are analyzed, for both the time and frequency responses, under the action of a reference step input signal. Several nonlinearities, namely, Coulomb friction and backlash, are also tested. The numerical experiments demonstrate the feasibility of the proposed methodology as a visualization tool and motivate its extension for other systems and classes of nonlinearities.

A rule-based grapheme-to-phone converter for TTS systems in european portuguese

In this paper, a linguistically rule-based grapheme-to-phone (G2P) transcription algorithm is described for European Portuguese. A complete set of phonological and phonetic transcription rules regarding the European Portuguese standard variety is presented. This algorithm was implemented and tested by using online newspaper articles. The obtained experimental results gave rise to 98.80% of accuracy rate. Future developments in order to increase this value are foreseen. Our purpose with this work is to develop a module/ tool that can improve synthetic speech naturalness in European Portuguese. Other applications of this system can be expected like language teaching/learning. These results, together with our perspectives of future improvements, have proved the dramatic importance of linguistic knowledge on the development of Text-to-Speech systems (TTS).

Homograph ambiguity resolution in front-end design for portuguese TTS systems

In this paper, a module for homograph disambiguation in Portuguese Text-to-Speech (TTS) is proposed. This module works with a part-of-speech (POS) parser, used to disambiguate homographs that belong to different parts-of-speech, and a semantic analyzer, used to disambiguate homographs which belong to the same part-of-speech. The proposed algorithms are meant to solve a significant part of homograph ambiguity in European Portuguese (EP) (106 homograph pairs so far). This system is ready to be integrated in a Letter-to-Sound (LTS) converter. The algorithms were trained and tested with different corpora. The obtained experimental results gave rise to 97.8% of accuracy rate. This methodology is also valid for Brazilian Portuguese (BP), since 95 homographs pairs are exactly the same as in EP. A comparison with a probabilistic approach was also done and results were discussed.

Automatic syllabification for danish text-to-speech systems

In this paper, a rule-based automatic syllabifier for Danish is described using the Maximal Onset Principle. Prior success rates of rule-based methods applied to Portuguese and Catalan syllabification modules were on the basis of this work. The system was implemented and tested using a very small set of rules. The results gave rise to 96.9% and 98.7% of word accuracy rate, contrary to our initial expectations, being Danish a language with a complex syllabic structure and thus difficult to be rule-driven. Comparison with data-driven syllabification system using artificial neural networks showed a higher accuracy rate of the former system.

Aplicação da Children's Depression Inventory Numa População Clínica de Adolescentes: Estudo Exploratório

Introdução: A Children’s Depression Inventory (CDI; Kovacs, 1992) é usada para avaliar a existência de sintomatologia depressiva na infância e adolescência e tem sido amplamente aplicada em populações não clínicas, em Portugal, desde a sua validação (Marujo, 1994). Porém, os dados referentes a populações clínicas são escassos. Objectivo: Pretende-se estabelecer correlações clínicas numa amostra de adolescentes seguidos em consulta de Pedopsiquiatria fazendo uma contribuição para a validação da CDI em Portugal, com vista a permitir o alargamento da sua aplicação a populações clínicas. Métodos: A CDI -27 itens foi auto-preenchida na 1ª entrevista de atendimento por 35 adolescentes (F=23; M=12) com necessidade de rastreio de depressão, utentes da Consulta de Ambulatório da Clínica da Juventude entre Janeiro/2010 e Julho/2011. Foram excluídos os casos com processo clínico incompleto. Na estatística usou-se o IBM SPSS 19. Resultados: Os dados correspondem a 7,9% da população de origem (N=443). A idade média foi de 14,5 anos (Mín. =13; Máx. =16). A escolaridade média foi de 8,54 anos (Mín. =5; Máx. =11). A estrutura familiar e motivos de pedido de consulta corresponderam aos estudos anteriores efectuados na Clínica. O cutt-off do nível clínico é 15 e 68,5% da amostra estava acima deste valor. O humor negativo (26%) e sentimento de ineficácia (23%) foram as subescalas mais elevadas; 40% dos jovens pontuou para mais do que uma subescala. Os diagnósticos obtidos foram Perturbações do Humor (43%), Perturbações de Adaptação (17%), Perturbações Disruptivas do Comportamento (14%), Perturbações de Ansiedade (9%), Problemas com Grupo de Apoio Primário (3%), Perturbações de Personalidade (3%), e outros (9%). O qui-quadrado não foi significativo para um cut-off de 15 (considerados Perturbações do Humor e Outros diagnósticos). Conclusões: A CDI e os resultados das subescalas são úteis para uma abordagem focalizada e permitem a priorização de casos. Porém, os resultados obtidos comprometem o uso da CDI na detecção de Perturbações do Humor. Os autores sugerem a realização de mais investigações com o objectivo de alargar e melhorar a avaliação do uso clínico da CDI.

Interpretative research in information systems: two qualitative research design projects

In a scientific research project is important to define the underlying philosophical orientation of the project, because this will influence the choices made in respect of scientific methods used, as well as the way they will be applied. It is crucial, therefore, that the philosophy and research design strategy are consistent with each other. These questions become even more relevant in qualitative research. Historically, the interpretive research philosophy is more associated to the scientific areas of social sciences and humanities where the subjectivity inherent to human intervention is more explicitly defined. Information systems field are, primarily, trapped in computer science field, though it also integrates issues related with management and organizations field. This shift from a purely technological guidance for the consideration of the problems of management and organizations has fostered the rise of research projects according to the interpretive philosophy and using qualitative methods. This paper explores the importance of alignment between the epistemological orientation and research design strategy, in qualitative research projects. As a result, it is presented two PhD projects, with different research design strategies, that are being developed in the technology and information systems field, in the light of the interpretive paradigm.

Dimensionar a logística interna da fábrica Toyota Ovar para a produção de nova viatura

O projeto foi realizado na Toyota (divisão fabril de Ovar), no ano letivo 2014/2015, teve por base um estágio extracurricular que foi realizado para que desta forma tomasse contacto com uma realidade concreta e absoluta no contexto empresarial. O estágio serviu, principalmente, como uma experiência na compreensão do funcionamento de uma indústria de automóveis. Este projeto desenvolve-se no âmbito do 2ºano do Mestrado de Logística e apresenta os contributos desenvolvidos no departamento de logística para a reorganização da mesma para a produção de um novo modelo automóvel. Atualmente, a Toyota, para os modelos de automóveis que produz, recebe os componentes em CKD (Completed Knocked Down) provenientes do Japão em lotes de cinco unidades. Estes lotes são armazenados no armazém, de onde só saem quando for dada ordem para serem produzidos. Cada lote tem várias caixas, que são colocadas à vez numa zona comum de abertura. São retidos os componentes das caixas CKD e colocados nos transportadores próprios dos postos correspondentes (supermercado de linha). Isto significa que sempre que é solicitado uma viatura de um determinado lote, são obrigados a produzir as cinco unidades. Isto significa que as restantes unidades do lote terão que ficar em parque aberto a aguardar venda futura, para além de ter um stock desnecessário, estas unidades ficam vulneráveis e sofrem desgaste, pois estão expostas à intempérie, causando graves problemas de qualidade e respetivos custos associados. Recentemente, foi decidida a produção do modelo Land Cruiser 70 na unidade industrial de Ovar, Portugal, o que obrigou a uma reorganização da produção e processos logísticos para a sua produção. Os objetivos que a empresa pretende com a entrada de um novo projeto Land Cruiser 70, são os seguintes: Alterar o sistema de abastecimento, implementando o abastecimento unitário em toda a fábrica para o novo modelo, garantindo o “one by one production”; Definir o funcionamento do processo logístico desde a chegada dos componentes até ficarem disponíveis no supermercado de linha. Para isso será necessário dimensionar armazém e zona de abertura, definir layouts e quantidade de stocks, bem como definir sistemas de comunicação entre abertura e supermercado; Verificar as peças que vão fazer parte do chassi por posto e contabilizar os dolly´s1 necessários; Fazer o layout de abastecimento da linha do chassi; Calcular o tempo de abertura, de abastecimento e de picking do chassi e de triming. Este projeto tem em conta a política de melhoria contínua de forma a conseguir satisfazer o cliente (ser eficaz) utilizando cada vez menos recursos quer físicos quer humanos (ser eficiente, detetar e eliminar os desperdícios). O presente projeto foi inserido na equipa de melhoria contínua da logística, maioritariamente no chassi. Em termos globais, os objetivos propostos neste estágio foram atingidos com êxito.

Development of advanced human robot interaction systems

O trabalho aqui apresentado é a Dissertação da minha Tese do curso de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do ISEP, realizada em parceria com o INESC TEC. O trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema avançado de interação entre homem-robô, usando ferramentas de software livres e de domínio público e hardware pouco dispendioso e facilmente acessível. Pretende-se que o sistema desenvolvido possa ser adotado por pequenas ou micro empresas, daí a restrição monetária. Este tipo de empresas tem, por norma, uma capacidade de investimento pequena, e ficam impossibilitadas de aceder a este tipo de sistemas automatizados se estes forem caros. No entanto, o robô continua a ser um componente fundamental, sendo dispendioso. Os trabalhos realizados pelos sistemas robóticos podem por um lado, ser repetitivos sem necessidade de grandes ajustes; por outro lado, o trabalho a realizar pode ser bastante diverso, sendo necessários bastantes ajustes com (possivelmente) programação do robô. As empresas podem não ter disponível mão-de-obra qualificada para realização da programação do robô. Pretende-se então um sistema de “ensino” que seja simples e rápido. Este trabalho pretende satisfazer as necessidades de um sistema de interação homem-robô intuitivo mesmo para operadores que não estejam familiarizados com a robótica. Para simplificar a transferência de informação da tarefa a desempenhar pelo sistema robótico é usado um sistema de infravermelhos para delinear a operação a desempenhar, neste caso concreto uma operação de soldadura. O operador usa um apontador com marcadores, a posição destes marcadores é detetada usando duas câmaras para permitir o posicionamento tridimensional no espaço. As câmaras possuem filtros infravermelhos para separar o espectro de luz. Para o controlo do sistema e interface com o robô é usado um computador de baixos recursos computacionais e energéticos, e também de baixo custo. O sistema desenvolvido é portanto computacionalmente leve para poder ser executado neste computador.

Scalable Intelligence for Scheduling Systems

A personalização é um aspeto chave de uma interação homem-computador efetiva. Numa era em que existe uma abundância de informação e tantas pessoas a interagir com ela, de muitas maneiras, a capacidade de se ajustar aos seus utilizadores é crucial para qualquer sistema moderno. A criação de sistemas adaptáveis é um domínio bastante complexo que necessita de métodos muito específicos para ter sucesso. No entanto, nos dias de hoje ainda não existe um modelo ou arquitetura padrão para usar nos sistemas adaptativos modernos. A principal motivação desta tese é a proposta de uma arquitetura para modelação do utilizador que seja capaz de incorporar diferentes módulos necessários para criar um sistema com inteligência escalável com técnicas de modelação. Os módulos cooperam de forma a analisar os utilizadores e caracterizar o seu comportamento, usando essa informação para fornecer uma experiência de sistema customizada que irá aumentar não só a usabilidade do sistema mas também a produtividade e conhecimento do utilizador. A arquitetura proposta é constituída por três componentes: uma unidade de informação do utilizador, uma estrutura matemática capaz de classificar os utilizadores e a técnica a usar quando se adapta o conteúdo. A unidade de informação do utilizador é responsável por conhecer os vários tipos de indivíduos que podem usar o sistema, por capturar cada detalhe de interações relevantes entre si e os seus utilizadores e também contém a base de dados que guarda essa informação. A estrutura matemática é o classificador de utilizadores, e tem como tarefa a sua análise e classificação num de três perfis: iniciado, intermédio ou avançado. Tanto as redes de Bayes como as neuronais são utilizadas, e uma explicação de como as preparar e treinar para lidar com a informação do utilizador é apresentada. Com o perfil do utilizador definido torna-se necessária uma técnica para adaptar o conteúdo do sistema. Nesta proposta, uma abordagem de iniciativa mista é apresentada tendo como base a liberdade de tanto o utilizador como o sistema controlarem a comunicação entre si. A arquitetura proposta foi desenvolvida como parte integrante do projeto ADSyS - um sistema de escalonamento dinâmico - utilizado para resolver problemas de escalonamento sujeitos a eventos dinâmicos. Possui uma complexidade elevada mesmo para utilizadores frequentes, daí a necessidade de adaptar o seu conteúdo de forma a aumentar a sua usabilidade. Com o objetivo de avaliar as contribuições deste trabalho, um estudo computacional acerca do reconhecimento dos utilizadores foi desenvolvido, tendo por base duas sessões de avaliação de usabilidade com grupos de utilizadores distintos. Foi possível concluir acerca dos benefícios na utilização de técnicas de modelação do utilizador com a arquitetura proposta.

Inventário hidrogeológico e dos potenciais focos de contaminação nas bacias hidrográficas da Asprela e Massarelos: implicações no ciclo hidrológico urbano

O desenvolvimento incessante em áreas urbanas ameaça a qualidade e quantidade das águas subterrâneas. O Porto é uma cidade densamente urbanizada, dominada por granitos, os quais constituem um meio fraturado anisotrópico e heterogéneo. O principal objetivo desta dissertação foi realçar a importância da cartografia hidrogeológica, bem como a relevância de realizar inventários hidrogeológicos e de potenciais focos de contaminação para compreender a vulnerabilidade dos sistemas aquíferos na cidade do Porto. Para tal, foram selecionadas as bacias hidrográficas da Asprela e de Massarelos. Assim, foram levados a cabo dois inventários, um hidrogeológico e outro das potenciais atividades de contaminação. O estudo foi apoiado pelos Sistemas de Informação Geográfica (SIG), os quais foram fundamentais para um melhor conhecimento e integração nas áreas de estudo. Previamente à implementação dos inventários foi feita uma caracterização das duas bacias, em termos geográficos, hidroclimatológicos, de ocupação do solo, geomorfológicos e hidrogeológicos. As duas bacias desenvolvem‐se, principalmente, na unidade hidrogeológica do granito de grão médio a fino, por vezes com saprólito. O inventário hidrogeológico contemplou principalmente fontanários e nascentes, tendo incluído, respetivamente, 8 e 21 pontos de água nas bacias da Asprela e de Massarelos. As águas subterrâneas são límpidas, sem turvação ou cheiro, ácidas, com mineralizações baixas a médias, temperaturas baixas e caudais muito pequenos. Quanto aos potenciais focos de contaminação, na bacia da Asprela foram reconhecidos 61, enquanto que na bacia de Massarelos foram identificados 78. A maioria destas atividades é pontual correspondendo, nomeadamente, a estabelecimentos de ensino e estações de serviço/oficinas de automóveis. Contudo, os focos lineares apresentam uma difusão significativa nas duas bacias hidrográficas. Apesar de a vulnerabilidade intrínseca à contaminação das águas subterrâneas nestas áreas ser baixa a moderada, a localização dos potenciais focos de contaminação poderá ser responsável pelo aumento da vulnerabilidade nas duas bacias estudadas. Esta metodologia demonstrou ser extremamente importante para um melhor conhecimento dos sistemas de água subterrânea do Porto e, ainda, da hidrogeologia de áreas urbanas.

Middleware for Large-scale Distributed Systems

Nos últimos anos o aumento exponencial da utilização de dispositivos móveis e serviços disponibilizados na “Cloud” levou a que a forma como os sistemas são desenhados e implementados mudasse, numa perspectiva de tentar alcançar requisitos que até então não eram essenciais. Analisando esta evolução, com o enorme aumento dos dispositivos móveis, como os “smartphones” e “tablets” fez com que o desenho e implementação de sistemas distribuidos fossem ainda mais importantes nesta área, na tentativa de promover sistemas e aplicações que fossem mais flexíveis, robutos, escaláveis e acima de tudo interoperáveis. A menor capacidade de processamento ou armazenamento destes dispositivos tornou essencial o aparecimento e crescimento de tecnologias que prometem solucionar muitos dos problemas identificados. O aparecimento do conceito de Middleware visa solucionar estas lacunas nos sistemas distribuidos mais evoluídos, promovendo uma solução a nível de organização e desenho da arquitetura dos sistemas, ao memo tempo que fornece comunicações extremamente rápidas, seguras e de confiança. Uma arquitetura baseada em Middleware visa dotar os sistemas de um canal de comunicação que fornece uma forte interoperabilidade, escalabilidade, e segurança na troca de mensagens, entre outras vantagens. Nesta tese vários tipos e exemplos de sistemas distribuídos e são descritos e analisados, assim como uma descrição em detalhe de três protocolos (XMPP, AMQP e DDS) de comunicação, sendo dois deles (XMPP e AMQP) utilzados em projecto reais que serão descritos ao longo desta tese. O principal objetivo da escrita desta tese é demonstrar o estudo e o levantamento do estado da arte relativamente ao conceito de Middleware aplicado a sistemas distribuídos de larga escala, provando que a utilização de um Middleware pode facilitar e agilizar o desenho e desenvolvimento de um sistema distribuído e traz enormes vantagens num futuro próximo.

GI Systems for public health with an ontology based approach

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