Development of a system to monitor surfer’s balance and plantar pressure and surfboard’s movement

O uso da tecnologia tem crescido nas últimas décadas nas mais diversas áreas, seja na indústria ou no dia-a-dia, e é cada vez mais evidente os benefícios que traz. No desporto não é diferente. Cada dia surgem novos desenvolvimentos objetivando a melhoria do desempenho dos praticantes de atividades físicas, possibilitando atingir resultados nunca antes pensados. Além disto, a utilização da tecnologia no desporto permite a obtenção de dados biomecânicos que podem ser utilizados tanto no treinamento quando na melhoria da qualidade de vida dos atletas auxiliando na prevenção de lesões, por exemplo. Deste modo, o presente projeto se aplica na área do desporto, nomeadamente, na modalidade do surfe, onde a ausência de trabalhos científicos ainda é elevada, aliando a tecnologia eletrônica ao desporto para quantificar informações até então desconhecidas. Três fatores básicos de desempenho foram levantados, sendo eles: equilíbrio, posicionamento dos pés e movimentação da prancha de surfe. Estes fatores levaram ao desenvolvimento de um sistema capaz de medi-los dinamicamente através da medição das forças plantares e da rotação da prancha de surfe. Além da medição dos fatores, o sistema é capaz de armazenar os dados adquiridos localmente através de um cartão de memória, para posterior análise; e também enviá-los através de uma comunicação sem fio, permitindo a visualização do centro de pressões plantares; dos ângulos de rotação da prancha de surfe; e da ativação dos sensores; em tempo real. O dispositivo consiste em um sistema eletrônico embarcado composto por um microcontrolador ATMEGA1280; um circuito de aquisição e condicionamento de sinal analógico; uma central inercial; um módulo de comunicação sem fio RN131; e um conjunto de sensores de força Flexiforce. O firmware embarcado foi desenvolvido em linguagem C. O software Matlab foi utilizado para receção de dados e visualização em tempo real. Os testes realizados demostraram que o funcionamento do sistema atende aos requisitos propostos, fornecendo informação acerca do equilíbrio, através do centro de pressões; do posicionamento dos pés, através da distribuição das pressões plantares; e do movimento da prancha nos eixos pitch e roll, através da central inercial. O erro médio de medição de força verificado foi de -0.0012 ± 0.0064 N, enquanto a mínima distância alcançada na transmissão sem fios foi de 100 m. A potência medida do sistema foi de 330 mW.

Armazéns de dados em bases de dados NoSQL

Na atualidade, existe uma quantidade de dados criados diariamente que ultrapassam em muito as mais otimistas espectativas estabelecidas na década anterior. Estes dados têm origens bastante diversas e apresentam-se sobre várias formas. Este novo conceito que dá pelo nome de Big Data está a colocar novos e rebuscados desafios ao seu armazenamento, tratamento e manipulação. Os tradicionais sistemas de armazenamento não se apresentam como a solução indicada para este problema. Estes desafios são alguns dos mais analisados e dissertados temas informáticos do momento. Várias tecnologias têm emergido com esta nova era, das quais se salienta um novo paradigma de armazenamento, o movimento NoSQL. Esta nova filosofia de armazenamento visa responder às necessidades de armazenamento e processamento destes volumosos e heterogéneos dados. Os armazéns de dados são um dos componentes mais importantes do âmbito Business Intelligence e são, maioritariamente, utilizados como uma ferramenta de apoio aos processos de tomada decisão, levados a cabo no dia-a-dia de uma organização. A sua componente histórica implica que grandes volumes de dados sejam armazenados, tratados e analisados tendo por base os seus repositórios. Algumas organizações começam a ter problemas para gerir e armazenar estes grandes volumes de informação. Esse facto deve-se, em grande parte, à estrutura de armazenamento que lhes serve de base. Os sistemas de gestão de bases de dados relacionais são, há algumas décadas, considerados como o método primordial de armazenamento de informação num armazém de dados. De facto, estes sistemas começam a não se mostrar capazes de armazenar e gerir os dados operacionais das organizações, sendo consequentemente cada vez menos recomendada a sua utilização em armazéns de dados. É intrinsecamente interessante o pensamento de que as bases de dados relacionais começam a perder a luta contra o volume de dados, numa altura em que um novo paradigma de armazenamento surge, exatamente com o intuito de dominar o grande volume inerente aos dados Big Data. Ainda é mais interessante o pensamento de que, possivelmente, estes novos sistemas NoSQL podem trazer vantagens para o mundo dos armazéns de dados. Assim, neste trabalho de mestrado, irá ser estudada a viabilidade e as implicações da adoção de bases de dados NoSQL, no contexto de armazéns de dados, em comparação com a abordagem tradicional, implementada sobre sistemas relacionais. Para alcançar esta tarefa, vários estudos foram operados tendo por base o sistema relacional SQL Server 2014 e os sistemas NoSQL, MongoDB e Cassandra. Várias etapas do processo de desenho e implementação de um armazém de dados foram comparadas entre os três sistemas, sendo que três armazéns de dados distintos foram criados tendo por base cada um dos sistemas. Toda a investigação realizada neste trabalho culmina no confronto da performance de consultas, realizadas nos três sistemas.

Using data mining techniques to support breast cancer diagnosis

More than ever, there is an increase of the number of decision support methods and computer aided diagnostic systems applied to various areas of medicine. In breast cancer research, many works have been done in order to reduce false-positives when used as a double reading method. In this study, we aimed to present a set of data mining techniques that were applied to approach a decision support system in the area of breast cancer diagnosis. This method is geared to assist clinical practice in identifying mammographic findings such as microcalcifications, masses and even normal tissues, in order to avoid misdiagnosis. In this work a reliable database was used, with 410 images from about 115 patients, containing previous reviews performed by radiologists as microcalcifications, masses and also normal tissue findings. Throughout this work, two feature extraction techniques were used: the gray level co-occurrence matrix and the gray level run length matrix. For classification purposes, we considered various scenarios according to different distinct patterns of injuries and several classifiers in order to distinguish the best performance in each case described. The many classifiers used were Naïve Bayes, Support Vector Machines, k-nearest Neighbors and Decision Trees (J48 and Random Forests). The results in distinguishing mammographic findings revealed great percentages of PPV and very good accuracy values. Furthermore, it also presented other related results of classification of breast density and BI-RADS® scale. The best predictive method found for all tested groups was the Random Forest classifier, and the best performance has been achieved through the distinction of microcalcifications. The conclusions based on the several tested scenarios represent a new perspective in breast cancer diagnosis using data mining techniques.

RealCrono –sistema de difusão de resultados em tempo real na web

A velocidade de difusão de conteúdos numa plataforma web, assume uma elevada relevância em serviços onde a informação se pretende atualizada e em tempo real. Este projeto de Mestrado, apresenta uma abordagem de um sistema distribuído de recolher e difundir resultados em tempo real entre várias plataformas, nomeadamente sistemas móveis. Neste contexto, tempo real entende-se como uma diferença de tempo nula entre a recolha e difusão, ignorando fatores que não podem ser controlados pelo sistema, como latência de comunicação e tempo de processamento. Este projeto tem como base uma arquitetura existente de processamento e publicação de resultados desportivos, que apresentava alguns problemas relacionados com escalabilidade, segurança, tempos de entrega de resultados longos e sem integração com outras plataformas. Ao longo deste trabalho procurou-se investigar fatores que condicionassem a escalabilidade de uma aplicação web dando ênfase à implementação de uma solução baseada em replicação e escalabilidade horizontal. Procurou-se também apresentar uma solução de interoperabilidade entre sistemas e plataformas heterogêneas, mantendo sempre elevados níveis de performance e promovendo a introdução de plataformas móveis no sistema. De várias abordagens existentes para comunicação em tempo real sobre uma plataforma web, adotou-se um implementação baseada em WebSocket que elimina o tempo desperdiçado entre a recolha de informação e sua difusão. Neste projeto é descrito o processo de implementação da API de recolha de dados (Collector), da biblioteca de comunicação com o Collector, da aplicação web (Publisher) e sua API, da biblioteca de comunicação com o Publisher e por fim a implementação da aplicação móvel multi-plataforma. Com os componentes criados, avaliaram-se os resultados obtidos com a nova arquitetura de forma a aferir a escalabilidade e performance da solução criada e sua adaptação ao sistema existente.

Towards a unified European electricity market: The contribution of data-mining to support realistic simulation studies

Worldwide electricity markets have been evolving into regional and even continental scales. The aim at an efficient use of renewable based generation in places where it exceeds the local needs is one of the main reasons. A reference case of this evolution is the European Electricity Market, where countries are connected, and several regional markets were created, each one grouping several countries, and supporting transactions of huge amounts of electrical energy. The continuous transformations electricity markets have been experiencing over the years create the need to use simulation platforms to support operators, regulators, and involved players for understanding and dealing with this complex environment. This paper focuses on demonstrating the advantage that real electricity markets data has for the creation of realistic simulation scenarios, which allow the study of the impacts and implications that electricity markets transformations will bring to the participant countries. A case study using MASCEM (Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets) is presented, with a scenario based on real data, simulating the European Electricity Market environment, and comparing its performance when using several different market mechanisms.

Video-­‐monitorization system for a realistic driving simulator

Nos últimos anos, o ISEP em colaboração com a FEUP e outras Universidades, criou um simulador realista de condução chamado DRIS, que tem como objectivo ajudar em trabalhos de investigação de diferentes áreas, como engenharia civil, computação gráfica, psicologia, educação, etc. O resultado deste trabalho pretende ajudar os profissionais a analisarem os dados recolhidos em cada experiência de condução, a fim de permitir o estudo das reações do motorista em diferentes obstáculos durante um percurso. O simulador DRIS é constituído por uma tela branca, onde os ambientes de simulação são projetados; um carro real, onde é feita a experiência de condução e quatro câmaras colocadas no carro. Destas quatro câmaras, três estão dentro do carro e uma fora do carro. Cada câmara está focada estrategicamente, em partes críticas da condução: a estrada, o motorista, os pedais e os controles (mudança de marcha, volante, os comandos do limpador, etc). Cada uma das câmaras grava um vídeo, que é guardado em um computador colocado em uma das salas de controlo, dentro do Laboratório de Análise de Tráfego na FEUP. Além disso, um arquivo de texto é guardado no mesmo computador. Este arquivo de texto contém algumas informações sobre a experiência do motorista, como as coordenadas do carro, a velocidade do carro, o tempo, etc O trabalho desta Tese surge com a finalidade de melhorar a forma de os profissionais analisar e interpretar os dados recolhidos a partir de uma experiência de condução no DRIS. Para o efeito, foi criado um sistema de vídeo-­‐monitorização, que consiste em uma aplicação de vídeo, que permite a visualização de quatro vídeos simultaneamente, e ler um arquivo de texto, que contém todos os dados recolhidos na experiência. Ambos (vídeo e texto) têm de estar sincronizados com o mesmo tempo de forma a permitir ao utilizador, navegar backward e forward com a ajuda de um cursor. Além disso, como qualquer reprodutor de vídeo básico, contém alguns botões para controlar o status do vídeo (Play, Stop, Pause) e permiti que os profissionais analisem com detalhe os dados dos quatro vídeos. Aproveitando os avanços no desenvolvimento de software, a aplicação foi feita em C++ usando a biblioteca Qt, em ambiente de desenvolvimento integrado do Qt Creator, o que tornou mais fácil a implementação. No fim deste relatório (capítulo 4) é anexado um manual do usuário, a fim de explicar e ajudar os profissionais a usar a aplicação.

Environmental/Regatta Buoy: Sensing System

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

Deteção e extinção de incêndio em Data Center

O presente trabalho enquadra-se na temática de segurança contra incêndio em edifícios e consiste num estudo de caso de projeto de deteção e extinção de incêndio num Data Center. Os objetivos deste trabalho resumem-se à realização de um estudo sobre o estado da arte da extinção e deteção automática de incêndio, ao desenvolvimento de uma ferramenta de software de apoio a projetos de extinção por agentes gasosos, como também à realização de um estudo e uma análise da proteção contra incêndios em Data Centers. Por último foi efetuado um estudo de caso. São abordados os conceitos de fogo e de incêndio, em que um estudo teórico à temática foi desenvolvido, descrevendo de que forma pode o fogo ser originado e respetivas consequências. Os regulamentos nacionais relativos à Segurança Contra Incêndios em Edifícios (SCIE) são igualmente abordados, com especial foco nos Sistemas Automáticos de Deteção de Incêndio (SADI) e nos Sistemas Automáticos de Extinção de Incêndio (SAEI), as normas nacionais e internacionais relativas a esta temática também são mencionadas. Pelo facto de serem muito relevantes para o desenvolvimento deste trabalho, os sistemas de deteção de incêndio são exaustivamente abordados, mencionando características de equipamentos de deteção, técnicas mais utilizadas como também quais os aspetos a ter em consideração no dimensionamento de um SADI. Quanto aos meios de extinção de incêndio foram mencionados quais os mais utilizados atualmente, as suas vantagens e a que tipo de fogo se aplicam, com especial destaque para os SAEI com utilização de gases inertes, em que foi descrito como deve ser dimensionado um sistema deste tipo. Foi também efetuada a caracterização dos Data Centers para que seja possível entender quais as suas funcionalidades, a importância da sua existência e os aspetos gerais de uma proteção contra incêndio nestas instalações. Por último, um estudo de caso foi desenvolvido, um SADI foi projetado juntamente com um SAEI que utiliza azoto como gás de extinção. As escolhas e os sistemas escolhidos foram devidamente justificados, tendo em conta os regulamentos e normas em vigor.

A retrospective evaluation of a score system adopted by the Ministry of Health, Brazil in the diagnosis of pulmonary tuberculosis in childhood: a case control study

Based on a retrospective case-control study we evaluated the score system adopted by the Ministry of Health of Brazil (Ministério da Saúde - MS), to diagnose pulmonary tuberculosis (PTB) in childhood. This system is independent of bacteriological or histopathological data to define a very likely (> or = 40 points), possible (30-35 points) or unlikely (< or = 25 points) diagnosis of tuberculosis. Records of hospitalized non-infected HIV children at the Instituto de Puericultura e Pediatria Martagão Gesteira of Federal University of Rio de Janeiro (IPPMG-UFRJ), were reviewed. Patients were adjusted for age and divided in two different groups: 45 subjects in the case group (culture-positive) [mean of age = 10.64 mo; SD 9.66]; and 96 in the control group (culture-negative and clinic criteria that dismissed the disease) [mean of age = 11.79 mo.; SD 11.31]. Among the variables analyzed, the radiological status had the greater impact into the diagnosis (OR = 25.39), followed by exposure to adult with tuberculosis (OR = 10.67), tuberculin skin test >10mm (OR = 8.23). The best cut-off point to the diagnosis of PTB was 30 points, where the score system was more accurate, with sensitivity of 88.9% and specificity of 86.5%.

An Enhanced WLAN Security System With FPGA Implementation for Multimedia Applications

Maintaining a high level of data security with a low impact on system performance is more challenging in wireless multimedia applications. Protocols that are used for wireless local area network (WLAN) security are known to significantly degrade performance. In this paper, we propose an enhanced security system for a WLAN. Our new design aims to decrease the processing delay and increase both the speed and throughput of the system, thereby making it more efficient for multimedia applications. Our design is based on the idea of offloading computationally intensive encryption and authentication services to the end systems’ CPUs. The security operations are performed by the hosts’ central processor (which is usually a powerful processor) before delivering the data to a wireless card (which usually has a low-performance processor). By adopting this design, we show that both the delay and the jitter are significantly reduced. At the access point, we improve the performance of network processing hardware for real-time cryptographic processing by using a specialized processor implemented with field-programmable gate array technology. Furthermore, we use enhanced techniques to implement the Counter (CTR) Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP) and the CTR protocol. Our experiments show that it requires timing in the range of 20–40 μs to perform data encryption and authentication on different end-host CPUs (e.g., Intel Core i5, i7, and AMD 6-Core) as compared with 10–50 ms when performed using the wireless card. Furthermore, when compared with the standard WiFi protected access II (WPA2), results show that our proposed security system improved the speed to up to 3.7 times.

SIR performance evaluation of MB-OFDM UWB system with residual timing offset

Signal-to-interference ratio (SIR) performance of a multiband orthogonal frequency division multiplexing ultra-wideband system with residual timing offset is investigated. To do so, an exact mathematical derivation of the SIR of this system is derived. It becomes obvious that, unlike a cyclic prefixing based system, a zero padding based system is sensitive to residual timing offset.

A microscope for the data center

Nowadays, data centers are large energy consumers and the trend for next years is expected to increase further, considering the growth in the order of cloud services. A large portion of this power consumption is due to the control of physical parameters of the data center (such as temperature and humidity). However, these physical parameters are tightly coupled with computations, and even more so in upcoming data centers, where the location of workloads can vary substantially due, for example, to workloads being moved in the cloud infrastructure hosted in the data center. Therefore, managing the physical and compute infrastructure of a large data center is an embodiment of a Cyber-Physical System (CPS). 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 resolution of the sensor measurements. We think this is an important characteristic to enable more accurate heat-flow models of the data center and with them, find opportunities to optimize energy consumptions. Having a high-resolution picture of the data center conditions, also enables minimizing local hot-spots, perform more accurate predictive maintenance (failures in all infrastructure equipments 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.

Planning, operations and data handling of planetary science missions

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Towards a Mobile Three-dimensional Modelling System for Underground Structures

Robotica 2012: 12th International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions April 11, 2012, Guimarães, Portugal

Groundtruth system for underwater benchmarking

Oceans - San Diego, 2013