Análise dos erros na estimação de gradientes em malhas de Voronoi

Este trabalho apresenta um estudo teórico e numérico sobre os erros que ocorrem nos cálculos de gradientes em malhas não estruturadas constituídas pelo diagrama de Voronoi, malhas estas, formadas também pela triangulação de Delaunay. As malhas adotadas, no trabalho, foram as malhas cartesianas e as malhas triangulares, esta última é gerada pela divisão de um quadrado em dois ou quatro triângulos iguais. Para tal análise, adotamos a escolha de três metodologias distintas para o cálculo dos gradientes: método de Green Gauss, método do Mínimo Resíduo Quadrático e método da Média do Gradiente Projetado Corrigido. O texto se baseia em dois enfoques principais: mostrar que as equações de erros dadas pelos gradientes podem ser semelhantes, porém com sinais opostos, para pontos de cálculos em volumes vizinhos e que a ordem do erro das equações analíticas pode ser melhorada em malhas uniformes quando comparada as não uniformes, nos casos unidimensionais, e quando analisada na face de tais volumes vizinhos nos casos bidimensionais.

Estimativa de erros no cálculo de gradientes em malhas de Voronoi

O presente trabalho propõe analisar metodologias para o cálculo do gradiente em malhas não-estruturadas do tipo Voronoi que são utilizadas no método de Volumes Finitos. Quatro metodologias para o cálculo do gradiente são testadas e comparadas com soluções analíticas. As técnicas utilizadas são: Método do Balanço de Forças, Método do Mínimo Resíduo Quadrático, Método da Média dos Gradientes Projetos e Método da Média dos Gradientes Projetados Corrigidos. Uma análise por série de Taylor também foi feita, e as equações analíticas comparadas com resultados numéricos. Os testes são realizados em malhas cartesianas e malhas triangulares, que em um trabalho anterior apresentaram alguns resultados inconsistentes. A influência do ponto gerador e do ângulo de rotação é analisada. É verificado que a posição do ponto gerador e a metodologia utilizada em cada malha influencia no cálculo do gradiente. Dependendo da malha e da metodologia utilizada, as equações analíticas indicaram que existem erros associados, que prejudicam o cálculo do gradiente.

Estimativa do erro de discretização analítico na solução de equações diferenciais utilizando o Método de Volumes Finitos

As análises de erros são conduzidas antes de qualquer projeto a ser desenvolvido. A necessidade do conhecimento do comportamento do erro numérico em malhas estruturadas e não-estruturadas surge com o aumento do uso destas malhas nos métodos de discretização. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi criar uma metodologia para analisar os erros de discretização gerados através do truncamento na Série de Taylor, aplicados às equações de Poisson e de Advecção-Difusão estacionárias uni e bidimensionais, utilizando-se o Método de Volumes Finitos em malhas do tipo Voronoi. A escolha dessas equações se dá devido a sua grande utilização em testes de novos modelos matemáticos e função de interpolação. Foram usados os esquemas Central Difference Scheme (CDS) e Upwind Difference Scheme(UDS) nos termos advectivos. Verificou-se a influência do tipo de condição de contorno e a posição do ponto gerador do volume na solução numérica. Os resultados analíticos foram confrontados com resultados experimentais para dois tipos de malhas de Voronoi, uma malha cartesiana e outra triangular comprovando a influência da forma do volume finito na solução numérica obtida. Foi percebido no estudo que a discretização usando o esquema CDS tem erros menores do que a discretização usando o esquema UDS conforme literatura. Também se percebe a diferença nos erros em volumes vizinhos nas malhas triangulares o que faz com que não se tenha uma uniformidade nos gráficos dos erros estudados. Percebeu-se que as malhas cartesianas com nó no centróide do volume tem menor erro de discretização do que malhas triangulares. Mas o uso deste tipo de malha depende da geometria do problema estudado

Acoustic emission source location in composite structure by Voronoi construction using geodesic curve evolution

Conventional analytical/numerical methods employing triangulation technique are suitable for locating acoustic emission (AE) source in a planar structure without structural discontinuities. But these methods cannot be extended to structures with complicated geometry, and, also, the problem gets compounded if the material of the structure is anisotropic warranting complex analytical velocity models. A geodesic approach using Voronoi construction is proposed in this work to locate the AE source in a composite structure. The approach is based on the fact that the wave takes minimum energy path to travel from the source to any other point in the connected domain. The geodesics are computed on the meshed surface of the structure using graph theory based on Dijkstra's algorithm. By propagating the waves in reverse virtually from these sensors along the geodesic path and by locating the first intersection point of these waves, one can get the AE source location. In this work, the geodesic approach is shown more suitable for a practicable source location solution in a composite structure with arbitrary surface containing finite discontinuities. Experiments have been conducted on composite plate specimens of simple and complex geometry to validate this method.

Deploy and search strategy for multi-agent systems using Voronoi partitions

In this paper we analyze a deploy and search strategy for multi-agent systems. Mobile agents equipped with sensors carry out search operation in the search space. The lack of information about the search space is modeled as an uncertainty density distribution over the space, and is assumed to be known to the agents a priori. In each step, the agents deploy themselves in an optimal way so as to maximize per step reduction in the uncertainty density. We analyze the proposed strategy for convergence and spatial distributedness. The control law moving the agents has been analyzed for stability and convergence using LaSalle's invariance principle, and for spatial distributedness under a few realistic constraints on the control input such as constant speed, limit on maximum speed, and also sensor range limits. The simulation experiments show that the strategy successfully reduces the average uncertainty density below the required level.

Automated Multi-Agent Search Using Centroidal Voronoi Configuration

This paper addresses the problem of automated multiagent search in an unknown environment. Autonomous agents equipped with sensors carry out a search operation in a search space, where the uncertainty, or lack of information about the environment, is known a priori as an uncertainty density distribution function. The agents are deployed in the search space to maximize single step search effectiveness. The centroidal Voronoi configuration, which achieves a locally optimal deployment, forms the basis for the proposed sequential deploy and search strategy. It is shown that with the proposed control law the agent trajectories converge in a globally asymptotic manner to the centroidal Voronoi configuration. Simulation experiments are provided to validate the strategy. Note to Practitioners-In this paper, searching an unknown region to gather information about it is modeled as a problem of using search as a means of reducing information uncertainty about the region. Moreover, multiple automated searchers or agents are used to carry out this operation optimally. This problem has many applications in search and surveillance operations using several autonomous UAVs or mobile robots. The concept of agents converging to the centroid of their Voronoi cells, weighted with the uncertainty density, is used to design a search strategy named as sequential deploy and search. Finally, the performance of the strategy is validated using simulations.

Multi-agent Search using Voronoi partitions

This paper addresses the problem of multiagent search in an unknown environment. The agents are autonomous in nature and are equipped with necessary sensors to carry out the search operation. The uncertainty, or lack of information about the search area is known a priori as a probability density function. The agents are deployed in an optimal way so as to maximize the one step uncertainty reduction. The agents continue to deploy themselves and reduce uncertainty till the uncertainty density is reduced over the search space below a minimum acceptable level. It has been shown, using LaSalle’s invariance principle, that a distributed control law which moves each of the agents towards the centroid of its Voronoi partition, modified by the sensor range leads to single step optimal deployment. This principle is now used to devise search trajectories for the agents. The simulations were carried out in 2D space with saturation on speeds of the agents. The results show that the control strategy per step indeed moves the agents to the respective centroid and the algorithm reduces the uncertainty distribution to the required level within a few steps.

Performance of a class of multi-robot deploy and search strategies based on centroidal voronoi configurations

This article considers a class of deploy and search strategies for multi-robot systems and evaluates their performance. The application framework used is deployment of a system of autonomous mobile robots equipped with required sensors in a search space to gather information. The lack of information about the search space is modelled as an uncertainty density distribution. The agents are deployed to maximise single-step search effectiveness. The centroidal Voronoi configuration, which achieves a locally optimal deployment, forms the basis for sequential deploy and search (SDS) and combined deploy and search (CDS) strategies. Completeness results are provided for both search strategies. The deployment strategy is analysed in the presence of constraints on robot speed and limit on sensor range for the convergence of trajectories with corresponding control laws responsible for the motion of robots. SDS and CDS strategies are compared with standard greedy and random search strategies on the basis of time taken to achieve reduction in the uncertainty density below a desired level. The simulation experiments reveal several important issues related to the dependence of the relative performances of the search strategies on parameters such as the number of robots, speed of robots and their sensor range limits.

Heterogeneous locational optimisation using a generalised Voronoi partition

In this paper a generalisation of the Voronoi partition is used for locational optimisation of facilities having different service capabilities and limited range or reach. The facilities can be stationary, such as base stations in a cellular network, hospitals, schools, etc., or mobile units, such as multiple unmanned aerial vehicles, automated guided vehicles, etc., carrying sensors, or mobile units carrying relief personnel and materials. An objective function for optimal deployment of the facilities is formulated, and its critical points are determined. The locally optimal deployment is shown to be a generalised centroidal Voronoi configuration in which the facilities are located at the centroids of the corresponding generalised Voronoi cells. The problem is formulated for more general mobile facilities, and formal results on the stability, convergence and spatial distribution of the proposed control laws responsible for the motion of the agents carrying facilities, under some constraints on the agents' speed and limit on the sensor range, are provided. The theoretical results are supported with illustrative simulation results.

Investigation Into Harmful Patterns Over Multitrack Shingled Magnetic Detection Using the Voronoi Model

Two-dimensional magnetic recording 2-D (TDMR) is a promising technology for next generation magnetic storage systems based on a systems-level framework involving sophisticated signal processing at the core. The TDMR channel suffers from severe jitter noise along with electronic noise that needs to be mitigated during signal detection and recovery. Recently, we developed noise prediction-based techniques coupled with advanced signal detectors to work with these systems. However, it is important to understand the role of harmful patterns that can be avoided during the encoding process. In this paper, we investigate the Voronoi-based media model to study the harmful patterns over multitrack shingled recording systems. Through realistic quasi-micromagnetic simulation studies, we identify 2-D data patterns that contribute to high media noise. We look into the generic Voronoi model and present our analysis on multitrack detection with constrained coded data. We show that the 2-D constraints imposed on input patterns result in an order of magnitude improvement in the bit-error rate for the TDMR systems. The use of constrained codes can reduce the complexity of 2-D intersymbol interference (ISI) signal detection, since the lesser 2-D ISI span can be accommodated at the cost of a nominal code rate loss. However, a system must be designed carefully so that the rate loss incurred by a 2-D constraint does not offset the detector performance gain due to more distinguishable readback signals.

Resolução numérica de escoamentos compressíveis empregando um método de partículas livre de malhas e o processamento em paralelo (CUDA)

Os métodos numéricos convencionais, baseados em malhas, têm sido amplamente aplicados na resolução de problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional. Entretanto, em problemas de escoamento de fluidos que envolvem superfícies livres, grandes explosões, grandes deformações, descontinuidades, ondas de choque etc., estes métodos podem apresentar algumas dificuldades práticas quando da resolução destes problemas. Como uma alternativa viável, existem os métodos de partículas livre de malhas. Neste trabalho é feita uma introdução ao método Lagrangeano de partículas, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) voltado para a simulação numérica de escoamentos de fluidos newtonianos compressíveis e quase-incompressíveis. Dois códigos numéricos foram desenvolvidos, uma versão serial e outra em paralelo, empregando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture (CUDA), que possibilita o processamento em paralelo empregando os núcleos das Graphics Processing Units (GPUs) das placas de vídeo da NVIDIA Corporation. Os resultados numéricos foram validados e a eficiência computacional avaliada considerandose a resolução dos problemas unidimensionais Shock Tube e Blast Wave e bidimensional da Cavidade (Shear Driven Cavity Problem).

As malhas da exclusão no projeto da escola inclusiva: relações de poder

O denominado Projeto Inclusivo nas escolas de Ensino Regular, embora desgastado na atualidade pelo seu uso excessivo sem a contrapartida governamental, bem como a de diversos setores da sociedade de ações efetivas , reflete problemáticas importantes de serem pensadas acerca da precarização e da desigualdade de suas condições. Para polemizar a formação escolar como um conjunto de relações marcadas por certos modos de inclusão/exclusão do educador e do aluno no processo de ensino-aprendizagem, implicados com a organização do trabalho e dos bens produzidos socialmente, este trabalho de pesquisa tentou abordar as condições em que o ensino acontece, circunscrevendo o tempo/espaço da constituição sócio-histórico-política da educação. Pensar as práticas educacionais é abraçar o desafio de deixar-se afetar por suas questões, potencializando acontecimentos. A questão é problematizar o Projeto Inclusivo e seus efeitos como formas de publicizar a vida e a produção dos critérios de organização político-pedagógica. Tornar público significa empoderar o outro de saber e ação, fazer circular as análises, tornar públicas as instituições (valores, critérios, princípios) em jogo para uma produção de conhecimento. O objetivo é fazer entrar nos diversos campos do cotidiano escolar uma nova micropolítica que abra as portas para as trocas, para a avaliação dos efeitos das práticas, potencializando intervenções efetivas.

Cama de gato: um ensaio a partir de Malhas da liberdade, de Cildo Meireles

A partir da análise das diversas versões de Malhas da Liberdade (1976-2008), obra de Cildo Meireles, o ensaio Cama de gato traça um percurso rizomático por entre as transformações e inflexões das estratégias políticas e de alteridade da produção do artista e, de modo mais amplo, de parte da recente arte brasileira. Atravessando aspectos como a história da arte, a subjetividade, a economia e a história, o ensaio faz uma leitura sobre as metaformoses dos modos de participação ativados e propostos pela prática artística, atentando para suas implicações políticas e ideológicas. Por entre a cama de gato de ideias e interpretações do ensaio estão, ainda, reflexões sobre a historiografia da arte brasileira e seu processo de internacionalização, além de uma preocupação com a relação entre arte, participação, alteridade, topologia, espaço social e democracia