Computing probable maximum loss in catastrophe reinsurance portfolios on multi-core and many-core architectures

In the reinsurance market, the risks natural catastrophes pose to portfolios of properties must be quantified, so that they can be priced, and insurance offered. The analysis of such risks at a portfolio level requires a simulation of up to 800 000 trials with an average of 1000 catastrophic events per trial. This is sufficient to capture risk for a global multi-peril reinsurance portfolio covering a range of perils including earthquake, hurricane, tornado, hail, severe thunderstorm, wind storm, storm surge and riverine flooding, and wildfire. Such simulations are both computation and data intensive, making the application of high-performance computing techniques desirable.

In this paper, we explore the design and implementation of portfolio risk analysis on both multi-core and many-core computing platforms. Given a portfolio of property catastrophe insurance treaties, key risk measures, such as probable maximum loss, are computed by taking both primary and secondary uncertainties into account. Primary uncertainty is associated with whether or not an event occurs in a simulated year, while secondary uncertainty captures the uncertainty in the level of loss due to the use of simplified physical models and limitations in the available data. A combination of fast lookup structures, multi-threading and careful hand tuning of numerical operations is required to achieve good performance. Experimental results are reported for multi-core processors and systems using NVIDIA graphics processing unit and Intel Phi many-core accelerators.

Regulating Digital Financial Services Agents in Developing Countries to Promote Financial Inclusion

Limited access to bank branches excludes over one billion people from accessing financial services in developing countries. Digital financial services offered by banks and mobile money providers through agents can solve this problem without the need for complex and costly physical banking infrastructures. Delivering digital financial services through agents requires a legal framework to regulate liability. This article analyses whether vicarious liability of the principal is a more efficient regulatory approach than personal liability of the agent. Agent liability in Kenya, Fiji, and Malawi is analysed to demonstrate that vicarious liability of the principal, coupled to an explicit agreement as to agent rewards and penalties, is the more efficient regulatory approach.

On Passive Intermodulation Test of Analog and Digital Systems

This paper presents initial results of evaluating suitability of the conventional two-tone CW passive intermodulation (PIM) test for characterization of modulated signal distortion by passive nonlinearities in base station antennas and RF front-end. A comprehensive analysis of analog and digitally modulated waveforms in the transmission lines with weak distributed nonlinearity has been performed using the harmonic balance analysis and X-parameters in Advanced Design System (ADS) simulator. The nonlinear distortion metrics used in the conventional two-tone CW PIM test have been compared with the respective spectral metrics applied to the modulated waveforms, such as adjacent channel power ratio (ACPR) and error vector magnitude (EVM). It is shown that the results of two-tone CW PIM tests are consistent with the metrics used for assessment of signal integrity of both analog and digitally modulated waveforms.

DEVELOPING AN INTELLIGENT DIGITAL MOCK UP TO INTEGRATE DESIGN AND MANUFACTURING DISCIPLINES

This paper presents an approach to develop an intelligent digital mock-up (DMU) through integration of design and manufacturing disciplines to enable a better understanding of assembly related issues during design evolution. The intelligent DMU will contain tolerance information related to manufacturing capabilities so it can be used as a source for assembly simulations of realistic models to support the manufacturing decision making process within the design domain related to tolerance build ups. A literature review of the contributing research areas is presented, from which identification of the need for an intelligent DMU has been developed. The proposed methodology including the applications of cellular modelling and potential features of the intelligent DMU are presented and explained. Finally a conclusion examines the work to date and the future work to achieve an intelligent DMU.

Systematically retrieving research in the digital age: Case study on the topic of social networking sites and young people’s mental health

Online information seeking has become normative practice among both academics and the general population. This study appraised the performance of eight databases to retrieve research pertaining to the influence of social networking sites on the mental health of young people. A total of 43 empirical studies on young people’s use of social networking sites and the mental health implications were retrieved. Scopus and SSCI had the highest sensitivity with PsycINFO having the highest precision. Effective searching requires large
generic databases, supplemented by subject-specific catalogues. The methodology developed here may provide inexperienced searchers, such as undergraduate students, with a framework to define a realistic scale of searching to undertake for a particular literature review or similar project.

Passive Intermodulation of Analog and Digital Signals on Transmission Lines with Distributed Nonlinearities: Modelling and Characterization

Passive intermodulation (PIM) often limits the performance of communication systems with analog and digitally-modulated signals and especially of systems supporting multiple carriers. Since the origins of the apparently multiple physical sources of nonlinearity causing PIM are not fully understood, the behavioral models are frequently used to describe the process of PIM generation. In this paper a polynomial model of memoryless nonlinearity is deduced from PIM measurements of a microstrip line with distributed nonlinearity with two-tone CW signals. The analytical model of nonlinearity is incorporated in Keysight Technology’s ADS simulator to evaluate the metrics of signal fidelity in the receive band for analog and digitally-modulated signals. PIM-induced distortion and cross-band interference with modulated signals are compared to those with two-tone CW signals. It is shown that conventional metrics can be applied to quantify the effect of distributed nonlinearities on signal fidelity. It is found that the two-tone CW test provides a worst-case estimate of cross-band interference for two-carrier modulated signals whereas with a three-carrier signal PIM interference in the receive band is noticeably overestimated. The simulated constellation diagrams for QPSK signals demonstrate that PIM interference exhibits the distinctive signatures of correlated distortion and this indicates that there are opportunities for mitigating PIM interference and that PIM interference cannot be treated as noise. One of the interesting results is that PIM distortion on a transmission line results in asymmetrical regrowth of output PIM interference for modulated signals.

Is it time for standards and a common data exchange format for digital image analysis?

Digital image analysis is at a crossroads. While the technology has made great strides over the past few decades, there is an urgent need for image analysis to inform the next wave of large scale tissue biomarker discovery studies in cancer. Drawing parallels from the growth of next generation sequencing, this presentation will consider the case for a common language or standard format for storing and communicating digital image analysis data. In this context, image analysis data comprises more than simply an image with markups and attached key-value pair metrics. The desire to objectively benchmark competing platforms or a push for data to be deposited to public repositories much like genomics data may drive the need for a standard that also encompasses granular, cell-by-cell data.

P2P and SOA architecture for digital libraries

In an information-driven society where the volume and value of produced and consumed data assumes a growing importance, the role of digital libraries gains particular importance. This work analyzes the limitations in current digital library management systems and the opportunities brought by recent distributed computing models. The result of this work is the implementation of the University of Aveiro integrated system for digital libraries and archives. It concludes by analyzing the system in production and proposing a new service oriented digital library architecture supported in a peer-to-peer infrastructure

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contrastedetalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Contributo dos portfolios reflexivos no desenvolvimento profissional: um estudo de caso em contexto de formação complementar

Este estudo põe em evidência o valor formativo da reflexão pela escrita, estruturada em portfolios reflexivos, desenvolvidos durante a disciplina de Supervisão I, nas quatro turmas/cursos de formação complementar em Supervisão Pedagógica e Formação de Formadores, para o Exercício de Outras Funções, decorrida entre 1999-2004, na Escola Superior de Educação de Viseu, do Instituto Superior Politécnico de Viseu. Trata-se de uma investigação de índole qualitativa desenvolvida segundo a metodologia de estudo de caso, na vertente de estudo de casos múltiplos, dada a singularidade de que cada portfolio se reveste. A investigação foi perspectivada após a conclusão do referido curso com base na existência, ao tempo, de pouca investigação realizada no âmbito da utilização de portfolios na Formação Complementar de professores. As questões investigativas foram, por esse motivo, desenhadas a posteriori, o que podemos considerar uma limitação do estudo, ainda que os resultados obtidos confirmem as perspectivas desenvolvimentistas desta estratégia de formação, evidenciadas em investigações realizadas noutros contextos nacionais e internacionais. A adopção do portfolio reflexivo (Sá-Chaves, 2000) numa dupla dimensão – formativa e avaliativa – resultou de uma concepção de formação conducente ao desenvolvimento de professores reflexivos, capazes de exercer funções supervisivas alicerçadas na reflexão, no diálogo, na partilha e na intervenção. Pretendemos com a aplicação de portfolios reflexivos verificar até que ponto a construção de este tipo de narrativa autobiográfica podia contribuir para o desenvolvimento da profissionalidade docente de professores inseridos na carreira há já alguns/muitos anos, proporcionando-lhes a(s) ferramenta(s) reflexiva(s) necessária(s) a uma intervenção e/ou alteração de práticas mais adequadas às novas funções supervisivas que a legislação recente previa que viessem a exercer. Pudemos confirmar que a redacção do portfolio constituiu uma mais valia para os seus autores no que respeita ao seu desenvolvimento da sua profissionalidade, tendo-se verificado um crescimento evidente nas dimensões de conhecimento profissional, com especial incidência: no autoconhecimento; no conhecimento sobre estratégias reflexivas e supervisivas para o exercício de novas funções; no conhecimento de teorias práticas subjacentes às suas experiências supervisivas (passadas, presentes e futuras); no conhecimento sobre desenvolvimento curricular e sua flexibilização; no conhecimento sobre estratégias de avaliação alternativa e compreensiva; no conhecimento do Outro, no qual se incluem os alunos, os colegas de profissão e os restantes elementos da comunidade educativa; e no conhecimento sobre os contextos. Verificámos igualmente que a compreensão das competências supervisivas dos formandos também evoluiu. As reflexões vertidas neste estudo evidenciam que os formandos consciencializaram a necessidade de possuírem uma competência de intervenção fundamentada na reflexão, exercida sob uma perspectiva dialógica e humanista de supervisão e de adaptabilidade aos contextos profissionais. Acresce que alguns destes formandos manifestaram vontade e maior coragem para assumir essa intervenção, considerada imprescindível para que a escola evolua e se inove, como resposta à imprevisibilidade e à complexidade dos nossos tempos. Tornou-se igualmente evidente que os formandos desenvolveram as competências de integração da prática na teoria ou vice-versa e de autenticação das suas próprias teorias. Os professores são unânimes ao afirmar que a estratégia de portfolio contribuiu para o desenvolvimento da sua competência reflexiva e/ou de análise crítica, a qual, por sua vez, conduziu à auto-consciencialização da sua matriz identitária e à coragem para serem mais autênticos e interventivos/pró-activos. Terem sido capazes de ultrapassar as dificuldades e os receios colocados por uma estratégia que desconheciam, conferiu-lhes maior auto-estima e autonomia. Este aspecto está bem patente nas meta-análises realizadas por cada autor do portfolio, nas quais, aceitam a estratégia inicialmente combatida, reconhecendo-lhe valor formativo e a capacidade de revelação de conhecimento sobre si próprios. Pese embora o curto espaço de tempo em que a experiência de construção dos portfolios decorreu, tanto os formandos como nós consideramos que esta narrativa profissional autobiográfica é uma estratégia promotora de uma auto-supervisão contínua, que fornece e regista pistas de autodireccionamento profissional, sempre passíveis de avaliação e de redireccionamento. Com base nestas constatações consideramos que o portfolio reflexivo pode tornar-se no instrumento mais completo e diacrónico de auto-avaliação de professores, prevista no ECD, na medida em que permite retratar o desenvolvimento profissional e pessoal do seu autor e possibilita que este se reveja e redimensione a sua profissionalidade, sempre que acrescenta reflexões novas ou complementa anteriores, como resultado dos conselhos e/ou das discussões com o(s) Outro(s) e o próprio.

Estudo de otimização de imagem e dose em mamografia digital

O objetivo deste trabalho foi efetuar um estudo de otimização dos parâmetros de exposição do mamógrafo digital da marca GE, modelo Senographe DS instalado no Instituto Português de Oncologia de Coimbra (IPOC) baseado numa análise contraste detalhe e avaliar o impacto do resultado obtido na melhoria da capacidade de detecção clínica das estruturas da mama. O mamógrafo em estudo dispõe de um sistema de controle automático da exposição designado por sistema AOP (Automatic Optimization of Parameters) que foi otimizado pelo fabricante a partir da razão contraste ruído. O sistema AOP é usado na prática clínica na quase totalidade dos exames de mamografia realizados no IPOC. Tendo em conta o tipo de estrutura que se pretende visualizar na mamografia, nomeadamente estruturas de baixo contraste como as massas e estruturas de dimensão submilimétrica como as microcalcificações, a análise contraste detalhe poderia constituir uma abordagem mais adequada para o estudo de otimização dos parâmetros de exposição uma vez que permitiria uma avaliação conjunta do contraste, da resolução espacial e do ruído da imagem. Numa primeira fase do trabalho foi efetuada a caracterização da prática clínica realizada no mamógrafo em estudo em termos de espessura de mama comprimida “típica”, dos parâmetros técnicos de exposição e das opções de processamento das imagens aplicadas pelo sistema AOP (combinação alvo/filtro, tensão aplicada na ampola - kVp e produto corrente-tempo da ampola - mAs). Numa segunda fase foi realizado um estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose na perspectiva dos parâmetros físicos. Para tal foi efetuada uma análise contrastedetalhe no objeto simulador de mama CDMAM e usada uma figura de mérito definida a partir do IQFinv (inverted image quality figure) e da dose glandular média. Os resultados apontaram para uma diferença entre o ponto ótimo resultante do estudo de otimização e o ponto associado aos parâmetros de exposição escolhidos pelo sistema AOP, designadamente no caso da mama pequena. Sendo a qualidade da imagem na perspectiva clínica um conceito mais complexo cujo resultado da apreciação de uma imagem de boa qualidade deve ter em conta as diferenças entre observadores, foi efetuado na última parte deste trabalho um estudo do impacto clínico da proposta de otimização da qualidade de imagem. A partir das imagens realizadas com o objeto simulador antropomórfico TOR MAM simulando uma mama pequena, seis médicos(as) radiologistas com mais de 5 anos de experiência em mamografia avaliaram as imagens “otimizadas” obtidas utilizando-se os parâmetros técnicos de exposição resultantes do estudo de otimização e a imagem resultante da escolha do sistema AOP. A análise estatística das avaliações feitas pelos médicos indica que a imagem “otimizada” da mama pequena apresenta uma melhor visualização das microcalcificações sem perda da qualidade da imagem na deteção de fibras e de massas em comparação com a imagem “standard”. Este trabalho permitiu introduzir uma nova definição da figura de mérito para o estudo de otimização da qualidade da imagem versus dose em mamografia. Permitiu também estabelecer uma metodologia consistente que pode facilmente ser aplicada a qualquer outro mamógrafo, contribuindo para a área da otimização em mamografia digital que é uma das áreas mais relevantes no que toca à proteção radiológica do paciente.

Nonlinear behavioral modeling of mixed signal RF-digital I/O devices

Esta tese investiga a caracterização (e modelação) de dispositivos que realizam o interface entre os domínios digital e analógico, tal como os buffers de saída dos circuitos integrados (CI). Os terminais sem fios da atualidade estão a ser desenvolvidos tendo em vista o conceito de rádio-definido-por-software introduzido por Mitola. Idealmente esta arquitetura tira partido de poderosos processadores e estende a operação dos blocos digitais o mais próximo possível da antena. Neste sentido, não é de estranhar que haja uma crescente preocupação, no seio da comunidade científica, relativamente à caracterização dos blocos que fazem o interface entre os domínios analógico e digital, sendo os conversores digital-analógico e analógico-digital dois bons exemplos destes circuitos. Dentro dos circuitos digitais de alta velocidade, tais como as memórias Flash, um papel semelhante é desempenhado pelos buffers de saída. Estes realizam o interface entre o domínio digital (núcleo lógico) e o domínio analógico (encapsulamento dos CI e parasitas associados às linhas de transmissão), determinando a integridade do sinal transmitido. Por forma a acelerar a análise de integridade do sinal, aquando do projeto de um CI, é fundamental ter modelos que são simultaneamente eficientes (em termos computacionais) e precisos. Tipicamente a extração/validação dos modelos para buffers de saída é feita usando dados obtidos da simulação de um modelo detalhado (ao nível do transístor) ou a partir de resultados experimentais. A última abordagem não envolve problemas de propriedade intelectual; contudo é raramente mencionada na literatura referente à caracterização de buffers de saída. Neste sentido, esta tese de Doutoramento foca-se no desenvolvimento de uma nova configuração de medição para a caracterização e modelação de buffers de saída de alta velocidade, com a natural extensão aos dispositivos amplificadores comutados RF-CMOS. Tendo por base um procedimento experimental bem definido, um modelo estado-da-arte é extraído e validado. A configuração de medição desenvolvida aborda não apenas a integridade dos sinais de saída mas também do barramento de alimentação. Por forma a determinar a sensibilidade das quantias estimadas (tensão e corrente) aos erros presentes nas diversas variáveis associadas ao procedimento experimental, uma análise de incerteza é também apresentada.

A educação para o desenvolvimento sustentável na formação de professores: a Web 2.0 e as interações numa comunidade de prática online

A Educação para o Desenvolvimento Sustentável (EDS) é o cerne de um paradigma emergente na educação do século XXI. A EDS constitui-se um processo de aprendizagem holístico e sistémico e tem como função ensinar a viver de maneira sustentável. Apresenta-se como uma abordagem pedagógica inovadora, que combina aprendizagens ativas e participativas, suportadas por uma multiplicidade de estratégias didático-pedagógicas. Objetiva a promoção da capacidade de pensamento crítico, da resolução de problemas e da tomada de decisão, baseada em valores, por parte dos alunos. Para a implementação da EDS é fundamental que os professores tenham consciência de que lidar com as questões da sustentabilidade, na sala de aula, implica dotarem-se de competências específicas. É, portanto, necessário investir na formação de educadores e formadores; o que compreende o seu desenvolvimento profissional, focado no aperfeiçoamento das suas competências, de modo a potenciar novos processos na aprendizagem coerentes com os princípios da EDS. Neste contexto, no presente estudo, foi criada uma Oficina de Formação para professores do ensino básico, na modalidade b-learning, visando a criação de um espaço de formação que permitisse a integração das TIC/Web 2.0 na prática docente, mais concretamente no apoio à inclusão da EDS no currículo. Partindo do pressuposto que as TIC/Web 2.0 são ferramentas que nos oferecem novas oportunidades, pela sua versatilidade de disseminação do conhecimento, e que permitem reorientar o ensino e a aprendizagem sustentados na teoria sócio-construtivista, promovendo o trabalho colaborativo, criou-se uma Comunidade de Prática online. Recorreu-se, para o efeito, a uma plataforma de alojamento de redes sociais virtuais, o Grouply; visando o estabelecimento de interações entre os professores, a partilha de experiências, recursos e conhecimento, indutores da (re)configuração de práticas ao nível da integração das ferramentas da Web 2.0 no contexto da EDS e, ainda, objetivando promover a atualização, o aperfeiçoamento e a aquisição de novas competências pedagógicas contribuindo para o seu desenvolvimento profissional e social. Metodologicamente o presente estudo assumiu uma natureza qualitativa, segundo um design de investigação-ação, o que implicou um plano de ação realizado numa espiral de três ciclos de investigação-ação: recurso a diferentes técnicas e instrumentos de recolha de dados, particularmente o inquérito por questionário e entrevista, realizados aos professores que frequentaram a oficina de formação; observação com base no diário da Investigadora com os registos de observação das sessões de grupo, reflexões da Investigadora/Formadora e das sessões de acompanhamento individual (Supervisão pedagógica), realizadas ao longo da referida oficina; análise documental dos e-portefolios com registos das reflexões individuais de cada uma das sessões da oficina, as reflexões finais dos professores e o registo dos post´s no fórum de discussão, blogs e Whiteboard da Comunidade de Prática online. Decorrente da análise e discussão dos resultados obtidos, o trabalho realizado sugere que os professores adquiriram/desenvolveram competências em EDS e digitais, tendo-se verificado que a oficina de formação contribui para algumas mudanças nas práticas dos professores.