Sistema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas

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

Computação em nuvem: avaliação do retorno do investimento: o caso do Ensino Superior Português

Em Portugal, as instituições de ensino superior dispõem de plataformas de e-learning que reflectem uma mais-valia para o processo de ensino-aprendizagem. No entanto, estas plataformas caracterizam-se por serem de âmbito privado expondo, desta forma, a tímida abertura das instituições na partilha do seu conhecimento, como também dos seus recursos. O paradigma Cloud Computing surge como uma solução, por exemplo, para a criação de uma federação de nuvens capaz de contemplar soluções heterogéneas, garantindo a interoperabilidade entre as plataformas das várias instituições de ensino, e promovendo os objectivos propostos pelo Processo de Bolonha, nomeadamente no que se refere à partilha de informação, de plataformas e serviços e promoção de projectos comuns. Neste âmbito, é necessário desenvolver ferramentas que permitam aos decisores ponderar as mais-valias deste novo paradigma. Assim, é conveniente quantificar o retorno esperado para o investimento, em recursos humanos e tecnológicos, exigido pelo modelo Cloud Computing. Este trabalho contribui para o estudo da avaliação do retorno do investimento (ROI) em infra-estruturas e serviços TIC (Tecnologias de Informação e Comunicação), resultante da análise de diferentes cenários relativos à introdução do paradigma Cloud Computing. Para tal, foi proposta uma metodologia de análise baseada num questionário, distribuído por diversas instituições de ensino superior portuguesas, contendo um conjunto de questões que permitiram identificar indicadores, e respectivas métricas, a usar na elaboração de modelos de estimação do ROI.

Sistema de modelização tridimensional para ambientes não estruturados

A navegação de veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um problema em aberto. A complexidade do mundo real ainda é um desafio. A difícil caracterização do relevo irregular, dos objectos dinâmicos e pouco distintos(e a inexistência de referências de localização) tem sido alvo de estudo e do desenvolvimento de vários métodos que permitam de uma forma eficiente, e em tempo real, modelizar o espaço tridimensional. O trabalho realizado ao longo desta dissertação insere-se na estratégia do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) na pesquisa e desenvolvimento de sistemas sensoriais que possibilitem o aumento da capacidade de percepção das plataformas robóticas. O desenvolvimento de um sistema de modelização tridimensional visa acrescentar aos projectos LINCE (Land INtelligent Cooperative Explorer) e TIGRE (Terrestrial Intelligent General proposed Robot Explorer) maior autonomia e capacidade de exploração e mapeamento. Apresentamos alguns sensores utilizados para a aquisição de modelos tridimensionais, bem como alguns dos métodos mais utilizados para o processo de mapeamento, e a sua aplicação em plataformas robóticas. Ao longo desta dissertação são apresentadas e validadas técnicas que permitem a obtenção de modelos tridimensionais. É abordado o problema de analisar a cor e geometria dos objectos, e da criação de modelos realistas que os representam. Desenvolvemos um sistema que nos permite a obtenção de dados volumétricos tridimensionais, a partir de múltiplas leituras de um Laser Range Finder bidimensional de médio alcance. Aos conjuntos de dados resultantes associamos numa nuvem de pontos coerente e referenciada. Foram desenvolvidas e implementadas técnicas de segmentação que permitem inspeccionar uma nuvem de pontos e classifica-la quanto às suas características geométricas, bem como ao tipo de estruturas que representem. São apresentadas algumas técnicas para a criação de Mapas de Elevação Digital, tendo sido desenvolvida um novo método que tira partido da segmentação efectuada

Visualização com nuvens de tags

Com a evolução da Internet houve uma consequente transformação da forma como os resultados são apresentados e das técnicas de visualização e apresentação de conteúdos. A presente dissertação é sobre visualização com nuvens de tags e foi a conjugação de diversos factores que originou a investigação sobre este tema. Uma nuvem de tags (em inglês: tag clouds) é uma concepção visual de um conjunto de tags isoladas com uma representação ilustrativa da sua importância, ou seja visualmente hierarquizadas e em que cada tag se hiperliga a um ou mais sítios Web ou documentos. São extremamente úteis para a navegação ou para a descoberta de informação genérica, podendo requerer menor carga cognitiva do utilizador durante consultas e pesquisas se alguns aspectos forem considerados na sua construção. Nesta dissertação discutem-se alguns dos factores visuais que podem contribuir para que as nuvens de tags sejam ferramentas efectivas e intuitivas para os utilizadores. O conceito de folksonomia está relacionado com nuvens de tags, permitindo categorizar as definições atribuídas a conteúdos recorrendo a palavras-chave (tags). Neste documento são ainda exploradas as suas vantagens e desvantagens. Discutem-se ainda alguns modos de visualização e apresentação de nuvens de tags, desde o tipo de ordenação ao algoritmo de geração da nuvem de tags. Aborda-se ainda o impacto do tipo de fonte e a utilização de cores monocromáticas ou coloridas que estas possam ter na visualização da nuvem. A própria tag também é categorizada e explorada ao nível do seu posicionamento na nuvem e a percepção que causa no utilizador. Sobre a visualização de nuvens de tags, refere-se ainda que as conclusões obtidas foram utilizadas num repositório de objectos educativos.

Molecule: sistema de organização e visualização de Tags

Diversas plataformas permitem que os utilizadores rotulem recursos com tags e partilhem informação com outros utilizadores. Assim, foram desenvolvidas várias formas de visualização das tags associados aos recursos, com o intuito de facilitar aos utilizadores a pesquisa dos mesmos, assim como a visualização do tag space. De entre os vários conceitos desenvolvidos, a nuvem de tags destaca-se como a forma mais comum de visualização. Este documento apresenta um estudo efetuado sobre as suas limitações e propõe uma forma de visualização alternativa. Sugere-se também uma nova interpretação sobre como pesquisar e visualizar informação associada a tags, diferindo assim do método de pesquisa direta do termo na base de dados que atualmente é maioritariamente utilizado. Como resultado desta implementação, obteve-se uma solução viável e inovadora, o sistema Molecule, para vários dos problemas associados à tradicional nuvem de tags.

Ensemble: an e-learning framework

E-Learning frameworks are conceptual tools to organize networks of elearning services. Most frameworks cover areas that go beyond the scope of e-learning, from course to financial management, and neglects the typical activities in everyday life of teachers and students at schools such as the creation, delivery, resolution and evaluation of assignments. This paper presents the Ensemble framework - an e-learning framework exclusively focused on the teaching-learning process through the coordination of pedagogical services. The framework presents an abstract data, integration and evaluation model based on content and communications specifications. These specifications must base the implementation of networks in specialized domains with complex evaluations. In this paper we specialize the framework for two domains with complex evaluation: computer programming and computer-aided design (CAD). For each domain we highlight two Ensemble hotspots: data and evaluations procedures. In the former we formally describe the exercise and present possible extensions. In the latter, we describe the automatic evaluation procedures.

Despacho económico de unidades com funções de custo não convexas usando enxames

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Building a microscope for the data center

Managing the physical and compute infrastructure of a large data center is an embodiment of a Cyber-Physical System (CPS). The physical parameters of the data center (such as power, temperature, pressure, humidity) are tightly coupled with computations, even more so in upcoming data centers, where the location of workloads can vary substantially due, for example, to workloads being moved in a cloud infrastructure hosted in the data center. In this paper, we describe a data collection and distribution architecture that enables gathering physical parameters of a large data center at a very high temporal and spatial resolutionof the sensor measurements. We think this is an important characteristic to enable more accurate heat-flow models of the data center andwith them, _and opportunities to optimize energy consumption. Havinga high resolution picture of the data center conditions, also enables minimizing local hotspots, perform more accurate predictive maintenance (pending failures in cooling and other infrastructure equipment can be more promptly detected) and more accurate billing. We detail this architecture and define the structure of the underlying messaging system that is used to collect and distribute the data. Finally, we show the results of a preliminary study of a typical data center radio environment.

Risk Analysis and Behavior of Electricity Portfolio Aggregator

The scope of this paper is to adapt the standard mean-variance model of Henry Markowitz theory, creating a simulation tool to find the optimal configuration of the portfolio aggregator, calculate its profitability and risk. Currently, there is a deep discussion going on among the power system society about the structure and architecture of the future electric system. In this environment, policy makers and electric utilities find new approaches to access the electricity market; this configures new challenging positions in order to find innovative strategies and methodologies. Decentralized power generation is gaining relevance in liberalized markets, and small and medium size electricity consumers are also become producers (“prosumers”). In this scenario an electric aggregator is an entity that joins a group of electric clients, customers, producers, “prosumers” together as a single purchasing unit to negotiate the purchase and sale of electricity. The aggregator conducts research on electricity prices, contract terms and conditions in order to promote better energy prices for their clients and allows small and medium customers to benefit improved market prices.

Autonomic workflow activities: the award framework

Workflows have been successfully applied to express the decomposition of complex scientific applications. This has motivated many initiatives that have been developing scientific workflow tools. However the existing tools still lack adequate support to important aspects namely, decoupling the enactment engine from workflow tasks specification, decentralizing the control of workflow activities, and allowing their tasks to run autonomous in distributed infrastructures, for instance on Clouds. Furthermore many workflow tools only support the execution of Direct Acyclic Graphs (DAG) without the concept of iterations, where activities are executed millions of iterations during long periods of time and supporting dynamic workflow reconfigurations after certain iteration. We present the AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic) model of computation, based on the Process Networks model, where the workflow activities (AWA) are autonomic processes with independent control that can run in parallel on distributed infrastructures, e. g. on Clouds. Each AWA executes a Task developed as a Java class that implements a generic interface allowing end-users to code their applications without concerns for low-level details. The data-driven coordination of AWA interactions is based on a shared tuple space that also enables support to dynamic workflow reconfiguration and monitoring of the execution of workflows. We describe how AWARD supports dynamic reconfiguration and discuss typical workflow reconfiguration scenarios. For evaluation we describe experimental results of AWARD workflow executions in several application scenarios, mapped to a small dedicated cluster and the Amazon (Elastic Computing EC2) Cloud.

Enabling Global Experiments With Interactive Reconfiguration And Steering By Multiple Users

In global scientific experiments with collaborative scenarios involving multinational teams there are big challenges related to data access, namely data movements are precluded to other regions or Clouds due to the constraints on latency costs, data privacy and data ownership. Furthermore, each site is processing local data sets using specialized algorithms and producing intermediate results that are helpful as inputs to applications running on remote sites. This paper shows how to model such collaborative scenarios as a scientific workflow implemented with AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic), a decentralized framework offering a feasible solution to run the workflow activities on distributed data centers in different regions without the need of large data movements. The AWARD workflow activities are independently monitored and dynamically reconfigured and steering by different users, namely by hot-swapping the algorithms to enhance the computation results or by changing the workflow structure to support feedback dependencies where an activity receives feedback output from a successor activity. A real implementation of one practical scenario and its execution on multiple data centers of the Amazon Cloud is presented including experimental results with steering by multiple users.

Partial utility-driven scheduling for flexible SLA and pricing arbitration in clouds

Cloud SLAs compensate customers with credits when average availability drops below certain levels. This is too inflexible because consumers lose non-measurable amounts of performance being only compensated later, in next charging cycles. We propose to schedule virtual machines (VMs), driven by range-based non-linear reductions of utility, different for classes of users and across different ranges of resource allocations: partial utility. This customer-defined metric, allows providers transferring resources between VMs in meaningful and economically efficient ways. We define a comprehensive cost model incorporating partial utility given by clients to a certain level of degradation, when VMs are allocated in overcommitted environments (Public, Private, Community Clouds). CloudSim was extended to support our scheduling model. Several simulation scenarios with synthetic and real workloads are presented, using datacenters with different dimensions regarding the number of servers and computational capacity. We show the partial utility-driven driven scheduling allows more VMs to be allocated. It brings benefits to providers, regarding revenue and resource utilization, allowing for more revenue per resource allocated and scaling well with the size of datacenters when comparing with an utility-oblivious redistribution of resources. Regarding clients, their workloads’ execution time is also improved, by incorporating an SLA-based redistribution of their VM’s computational power.

Development of biocompatible and “smart” porous structures using CO2-assisted processes

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia Química, especialidade Engenharia da Reacção Química, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Plataforma de gestão e controlo de identidade digital e implementação novos modelos de governação e utilização das TIC

As estruturas orgânicas empresariais estão cada vez mais obrigadas a garantir elevados padrões de qualidade de serviços, possibilitando ao mesmo tempo a sustentabilidade das estruturas e ainda, o alinhamento dos investimentos efetuados com as estratégias de negócio. O seu desenvolvimento obriga a que na área das tecnologias de informação e comunicação exista a necessidade de repensar estratégias em vigor, procurando novos modelos, mais ágeis e mais capazes de se enquadrar nestas novas exigências. Neste âmbito, é de esperar que as plataformas de identidade digital tenham um papel determinante no desenvolvimento destes novos modelos, pois são um instrumento único para se implementarem plataformas heterogéneas, intemperáveis, com elevados níveis de segurança e de garantia de controlo no acesso à informação. O trabalho agora apresentado tem como objectivo investigar e desenvolver uma plataforma de identidade digital e uma plataforma de testes, que permitam ao Politécnico do Porto a aquisição de um infraestrutura de Tecnologias de Informação e Comunicação que se torne um instrumento fundamental para o desenvolvimento contínuo, de garantia de qualidade e de sustentabilidade de todos os serviços prestados à sua comunidade.

Autonomic Activities in the Execution of Scientific Workflows: Evaluation of the AWARD Framework

Workflows have been successfully applied to express the decomposition of complex scientific applications. However the existing tools still lack adequate support to important aspects namely, decoupling the enactment engine from tasks specification, decentralizing the control of workflow activities allowing their tasks to run in distributed infrastructures, and supporting dynamic workflow reconfigurations. We present the AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic) model of computation, based on Process Networks, where the workflow activities (AWA) are autonomic processes with independent control that can run in parallel on distributed infrastructures. Each AWA executes a task developed as a Java class with a generic interface allowing end-users to code their applications without low-level details. The data-driven coordination of AWA interactions is based on a shared tuple space that also enables dynamic workflow reconfiguration. For evaluation we describe experimental results of AWARD workflow executions in several application scenarios, mapped to the Amazon (Elastic Computing EC2) Cloud.