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1977
Gramáticas generalizadas de grafos em reconhecimento de padrões
Velasco, F. R. D.
INPE-1174-TPT/077
Souza, Celso de Renna e (orientador)
Mascarenhas, Nelson Delfino
Simon, Janos
Kumar, Ravindra R.
Sonnenburg, Claudio Roland
1977-04-25
In this work we propose a formalism - "grog" grammars: based on web grammars, to describe classes of patterns. A hierarchy of grammars - context-free, linear, regular - is defined, and the relashionship between the corresponding languages is studied. A finite acceptor (finite grog automaton) is defined and its equivalence to the regular grog grammar is proved. The model is then used in the recognition of "scenes" from a familiar brasilian comic strip. The input to the system is a 128 x 128 digitized picture, and the output is a structured description of the picture. The model is also applied to the recognition of handprinted characters (Highleyman data set). It is shown that, with a much smaller training sample, recognition rates comparable to previous can be achieved.
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1982
Métodos de registro de imagens usando técnicas de testes sequenciais de hipoteses
Pereira, J. A. G.
INPE-2681-TDL/124
Renna e Souza, Celso de (presidente)
Mascarenhas, Nelson Delfino d´Ávila (orientador)
Sakane, Fernando T.
Dachs, José Norberto W.
Dias, Luiz Alberto Vieira
Velasco, Flávio Roberto Dias
1982-12-13
Desde seu aparecimento, em 1972, os Algoritmos de Detecção Sequencial de Similaridade (SSDA) tem sido a alternativa mais viável para a correlação cruzada na solução de registro translacional de imagens. Esta classe de algoritmos, embora extremamente eficientes do ponto de vista comutacional, tem contudo, limite de resolução de um "pixel", quando resoluções "subpixel! são desejadas, e impossibilidade de estabelecimento dos liniares de rejeição teóricos a não ser em caso de imagens binárias. No intuito de prover possibilidades outras para este cálculo, bem como uma formalização teórica para o problema, o presente trabalho estuda, dentro das técnicas de Testes Sequenciais de Hipóteses, dois possíveis parâmetro testes que forneçam eventualmente subsídios para melhor estimação teórica dos liniares do teste e/ou maior independência dos menos parâmetros, isto é, maior robustes do teste. Foram até o presente implementados o teste da variância da diferença das imagens, supostas normais e o testa da média da diferença das imagens após binarizadas em torno de sua média. São apresentados também resultados preliminares que indicam reais possibilidades das duas técnicas bem como possíveis futuras extençõs, testes e comparações com métodos correntes. ABSTRACT: Since their appearance, in 1972, the Sequential Similarity Detection Algorithms (SSDA) have become the moat attractive alternative to the cross-correlation in the solution of the image translational registration problem. This class of algorithms, although extremely efficient from the computational point of view, has a limited resolution of one pixel, and it is impossible to establish the theoretical rejection thresholds, unless in the binary in1age case. Trying to provide other possibilities for this calculation, the present work studies, using Sequential. Tests of Hypothesis techniques, two possible testing parameters that would eventually provide better theoretical evaluation of the thresholds and/or a greater independence of the same parameters. Up to the moment, the test of the variance of the difference of the images, assumed gaussian, and the teat of the mean of the difference of the images, binarized around their means, were implemented. Experimental results are also shown that indicate real possibilities for the two methods. Possible future extensions, tests and comparisons with actual methods are presented.
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1986
Uma abordagem para redes associativas com aplicação na análise de cenas
Simoni, P. O.
INPE-4036-TDL/245
Dias, Múcio Roberto (presidente)
Renna e Souza, Celso de (orientador)
Curado, Fernando
Passos, Emmanuel Piseces Lopes
Mascarenhas, Nelson Delfino d´Ávila
1986-03-07
Apresenta-se um modelo de representação de conhecimento do tipo rede associativa, em que são empregadas: a estruturação de conceitos; uma estrutura em rede para fórmulas que relacionam conceitos e predicados e para regras de decisão com uma sintaxe que envolve expressões quantificadas na premissa e na conclusão. Discutem-se as possibilidades de compressão de representação conseqüente de um tipo de inferência de relações de parte de conflito entre relações inferidas. O conhecimento armazenado é utilizado através de um processo de pesquisa, em que se verifíca-se os conceitos ou predicados já ativados as formas ou regras. ABSTRACT: An associative network knowledge representation modal is presented, which uses concept structuring and a network structure both for formulae, that relate concepts and predicates, and for decision rules with a sintax that allows for quantified expressions in the premisses and conclusions. The possibilities of achieving knowledge compression with a particular type of part relation inference are discussed, as well as those of having conflicts among inferred relations. The stored knowledge is employed through a search process in which it is checked if activated hypothesis or predicates satisfy the formulae or rules, whenever they are accessed by the controls in order to answer some question, to find solutions for a problem or to propagate instantiated elements. The control mechanism allows forward and backward chaining of decision rules and of formulae in general, by means of two control structures, one for alterations to be propagated an other for problems to be solved, and also allows nonmonotonic reasoning. A mixed initiative mechanism for scene analysis applications is proposed by rneans of which scene-related processes can he activated both from the use of formulae and rules or in a spontaneous fashion. Details about a computer program, which implemented the proposed modal, and the developed applications are commented.
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1987
Motor de inferência para sistemas especialistas
Senne, E. L. F.
INPE-4465-TDL/321
Velasco, Flávio Roberto Dias (presidente)
Renna e Souza, Celso de (orientador)
Monard, Maria Carolina
Cardoso, Eleri
Simoni, Paulo Ouvera
Rodrigues, Valter
1987-12-01
Neste trabalho propões-se o núcleo de uma ferramenta para a construção de sistemas especialistas. Essencialmente, propõe-se uma linguagem para descrever as regras de decisãoque irão compor o banco de conhecimento de um sistema especialista e um mecanismo de inferência controlado por meta-conhecimento e que pode ser adaptado ás características específicas de um domínio de aplicação. Propõe-se também o emprego de um esquema de rede semântica para representar o conhecimento estruturado e bem estabelecido do domínio e para fornecer as informações necessárias para o estabelecimento de contextos adeuqados á utilização de regras de decisão. Neste trabalho propõe-se também uma abordagem para o tratamento de incerteza em sistemas especialistas, com base na teoria de Dempster-Shafer. ABSTRACT: In this work, a kernel of a tool for building expert systems is proposed. I essence, it is proposed a language Lo express decision rules that will be stored in the system know base and a meta-knowledge--controlled inference mechanism that uses forward as well as backward chaining and can be adapted to the characteristics of specific domains. It is also proposed the use of a semantic network to store structured, well-established knowledge of a domain and to provide information it order to determine suitable contexts for decision rules app In addition, this work proposes an approach to inexact reasoning based on the Dempster-Shafer theory.
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1989
Classificação de texturas usando modelos ARMA e distâncias da função de autocorrelação
Dutra, L. V.
INPE-5067-TDL/406
Kantor, Ivan Jelinek (presidente)
Mascarenhas, Nelson Delfino d'Avila (orientador)
Banon, Gerald Jean Francis (co-orientador)
Sakane, Fernando Toshinori
Szczupak, Jacques
Saotome., Osamu
1989-12-14
Com o aumento da resolucao das imagens de satelite de recursos terrestres, a informacao de textura torna-se cada vesz mais importante como auxilio na detecao e medidas dos objetos presentes nessas imagens. Neste trabalho e proposto um metodo para descrever e classificar texturas baseado em modelos autorregrassivos e de media movel (ARMA)bidimencionais. Esses modelo sao derivados de modelos unidimensionais estimados sobre series unidimensionais obtidas pela concatenacao de linhas ou colunas da imagem e filtradas pelos filtros derivados desses, gerando tantos canais quantos forem as classes de texturas. Considera-se a distribuicao conjunta das saidas dos filtros para cada classe. A imagem e classificada ponto a ponto usando um classificador de maxima versossimilhanca, ou por amostras (conjunto conectado de pixels)usando os criterios de distancia JM, de maxima verossimilhanca amostral ou maioria. E proposto tambem um novo classificador de amostras baseado em distancias da funcao de autocorrelacao bidimensional. Os metodos foram testados usando imagens de radar de abertura sintetica, do livro de Brodatz e imagens SPOT pancromaticas. Os modelos para as classes definidas foram apresentados e discutidos. Os resultados das classificacoes mostraram substancial melhoria no desempenho medio (uma estimativa para a probabilidade de erro), principalmente para os casos onde a diferenca entre a media das classes e pequena. Foi observado tambem um bom desempenho quando se usa o classificfador de amostras baseado em distância entre disdistribuições. ABSTRACT: As the spatial of resolution of remote sensing imagery increases, texture information becomes an important feature to help in the process of detection and measurement of objects present in these images. Several methods for describing texture have been proposed in the literature, although, up to the present time, no formal definition of texture has been stated. In this work a method for the description and classification of texture using two-dimensional autorregressive moving average (ARMA) models is proposed. These models are derived from-dimensional models estimates over uni-dimensional series obtained through the concatenation of rows or columns of the image. The image is filtered by inverse filters derived from the models, generating as many channels (residuals) as the number of textures classes. The joint distribution of the filters outputs is considered for each class. the image is classified on a pixel by pixel basis using a maximum likelihood or on a sample basis 9set of connected pixels) using the LM-distance, sample maximum likelihood or majority criteria. A new sample classifier, based on distances defined over two-were tested using synthetic aperture rapar (SAR), Brodatz´book and SPOT panchromatic images. The obtained models for the defined classes were presented and discussed, relating them to the characteristics of the textures and the formation process of the image.The classification results showed substancial improvement of the average performance (an estimation of the correct classification probability mainly for the cases in which the differences of classes means were negligible. Good performance was also verified using the sample classifier based on distances between two-dimensional auto-correlation functions.
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1990
IDEAL - uma interface dialógica em linguagem natural para sistemas especialistas
Oliveira, C. A.
INPE-5151-TDL/424
Senne, Edson Luiz França (presidente)
Renna e Souza, Celso de (orientador)
Fávero, Leonor Lopes
Aragon, Dóris Ferraz de
Simoni, Paulo Ouvera
1990-05-11
No tratamento automatico de Linguagem Natural (LN), conjugar o que o usuario pode e deve saber (conhecimento do mundo) com o que a interface sabe (regras) e faz (interferencias), integrando-se os niveis de analise linguistica, e o principio de onde parte o Sistema IDEAL. Este sistema e uma ferramenta para a construcao de interfaces em LN para sistemas especialistas. A partir de um conhecimento lexicosemantico-pragmatico vazio, o IDEAL constroi, na interacao dinamica com o usuario, um universo linguistico suficiente para a tarefa de compreender, interpretar e traduzir frases em LN para dada representacao de conhecimento num dominio particular de aplicacao. Sob a otica de processos integrados de analise, interpretacao e traducao, a medida que as frases forem sendo respondidas, o IDEAL incorporara as relacoes abstraidas das respostas, aumentando o poder de interpretacao da interface. Serao constantemente reavaliados pesos determinados preliminares, os quais funcionarao como "guias"de analise e interpretacao, construindo-se um subconjunto lexical e de regras vigentes para dados tipos de usuario e para dado dominio de conhecimento. ABSTRACT: The IDEAL system is a natural language interface which translates a natural language phrase to a decision rule premisse/conclusion. In this way, this system is useful to interface expert systems during the knowledge acquisition phase. Each input phrase is outpute as a number of metalinguistic paraphrases: the user can select that one which best approaches the desired meaning. The IDEAL understanding power is increased during each system session: the system "learns" the style, the particular grammar, the semantic world, the siginicant linguistic relations of the user. In other words, in a particular and specific world it creates meaningful phrases. This system is based on: a) the users natural linguistic knowledge, linguistic-pragmatic rules of the Portuguese language and the interation of variation levels of inference (blackboard model); b) the universe to understand and translae natural language phrases inside a particular application domain. Therefore, it inicialized with an empty lexical-semantic database which is filled during an interactive dialog process. Thus, the IDEAL system is a flexible and portable natural language interface.
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1992
VISART: visão artificial para uso industrial: um sistema abrangente
Alves, S. B.
INPE-5379-TDI/474
Durão, Otávio Santos Cupertino (orientador)
Gonçalves Filho, Eduardo Vila (orientador)
1992-02-26
Apresenta-se a descricao completa de um Sistema de Visao Computacional aplicado as atividades de inspecao, detalhando-se todas as fases do ciclo de vida deste sistema. Ele foi concebido, projetado e implementado no contexto de uma pesquisa aplicada, cujo titulo e : (VISART) - Visao Artificial para Uso Industrial: Um sistema Abrangente. Durante o esforco utilizado no desenvolvimento deste trabalho contribuicoes foram incorporadas ao estado da arte em processamento de imagens binarias. O sistema VISART inclui recursos, conceitos e inovacoes nao observadas em Sistemas similares. Uma nova terminologia com termos tecnicos mais proximos daqueles utilizados por engenheiros e tecnicos, em ambientes industriais, e proposta e deve contribuir para a aceitacao e disseminacao de Sistemas de Visao nesses ambientes. Conceitos de Tecnologia de Grupo foram associados a Sistemas de Visao e devem contribuir para uma maior integracao da automacao de processos industriais. Uma estrutura de dados especial foi concebida para armazenamento de dados de imagens, permitindo reduzir, substancialmente, o tempo de processamento de algoritmos de extracao de caracteristicas de partes industriais. Uma biblioteca com um numero consideravel de algoritmos de extracao de caracteristicas, utilizadas para o reconhecimento, aceitacao ou rejeicao de produtos industriais sob inspecao, foi concebida e implementada. Novos algoritmos podem ser adicionados a esta biblioteca, pelo proprio usuario, sem a necessidade de reprogramacao de modulos do Sistema VISART. Neste aspecto, reside um dos principais fatores de abrangencia do VISART. Ele possui um editor grafico que possibilita seu uso em atividades de ensino e de formacao de pessoal, na area de visao. Em principio, este recurso dispensa a utilizacao de sensores, tornando-o mais economico para uso nestas atividades. Enfim, este trabalho de pesquisa e pioneiro no Brasil, e sua divulgacao devera contribuir, significativamente, para a disserminacao e o crescimento da area de Visao Computacional aplicada a inspecao, no pais. ABSTRACT: A thorough description of a Computer Vision System applied to inspection activities is presented, allof the life-cycle stages of this system being deail in deail. It has been conceived, designed and implemented within the scope of an applied research, entitled (VISART) Artificial Vision for Indrustrial use: A Comprehensive System. During the effort employed in the development of this work, siginificant contributions were incorporated to the state-of-the-art in processing of binary images. The VISART system includes resources, concepts and inovations not yet seen in similar systems. A new terminology with technical terms nearer to those used by engineers and techniques in industrial environments, is proposed and it might contribute for acceptance and dissemination of Vision Systems in these environments. Concepts of Gorup Technology have been associated to Vision Systems and they might contribute for a greater integration of the has been conceived for image data storage, allowing to reduce the processing time of algotithms of industrial part features-extraction. A library with a considerable number of feature extraction algorithms, used for recognition, acceptance or rejection of industrial products under inspection, has been conceived and implemented. Nw algorithms can be appended to this library by the user, without the necessity of re-programming the modules of the VISART system. Within this respect lies one for the main comprisement features of VISART. It has a graphic editor which makes possible to use it in activities such as teaching and formation of skilled personnel in the area of vision. At first, this facility exempts the use of sensors, making it more economic for use in these activities. All in all, this research work is a pioneer in Brazil, and its divulgation must contribute significantly for the dissemination and growth of the computer vision area applied to inspection, in the country.
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1993
Algumas ferramentas estatísticas na síntese, processamento e análise de imagens de radar de abertura sintética
Frery, A. C. O.
INPE-5548-TDI/534
Banon, Gerald Jean Francis (presidente)
Mascarenhas, Nelson Delfino d´Ávila (orientador)
Oscar Humberto Bustos, (co-orientador)
Dutra, Luciano Vieira
Yanasse, Corina da Costa Freitas
Sakane, Fernando Toshinori
Barrera, Junior
1993-12-10
Apresenta-se o desenvolvimento de ferramentas computacionais, derivadas da modelagem estatistica, para sintese, a analise e o processamento de imagens de radar de abertura sintetica. Diversos problemas de imagens sao enfocados de forma unificada, dentro do contexto Bayesiano. O modelo de Potts-Strauss e empregado como distribuicao a priori para as classes, e sao estudadas: a tecnica de estimacao por maxima pseudoverossimilhanca, as propriedades de convergencia de algoritmos de aglomerados e a invariancia da classe de distribuicoes Markovianas para a distribuicao a posteriori de uma imagem, dada a sua versao borrada e ruidosa. Especificamente, sao devolvidos, de forma computacionalmente tratavel, os estimadores de pseudoverossimilhanca para o modelo de Potts-Strauss e um numero arbitrario de classes. As propriedades de convergencia sao estudadas com uma experiencia Monte Claro, pelo uso dos estimadores de pseudoverossimilhanca como criterio de parada. E apresentada uma extencao do teorema de Geman e Geman (1984), sobre a invariancia dos campos Markovianos que permite modelar imagens com ruido multiplicativo, entre outras. Utilizando-se os resultados sobre o modelo de Potts-Strauss, e desenvolvida uma ferramenta para a simulacao de imagens opticas e de radar. Estudam-se varias distribuicoes e estimadores de parametros adequados para o ruido em imagens obtidas por iluminacao coerente. Propoe-se e desenvolve-se uma modificacao de um algoritmo Markoviano (ICM) para segmentacao de imagens SAR e opticas, cujos parametros sao estimados iterativamente, pelos estimadores de pseudoverossimilhanca, para automatizar o seu uso. propoe-se o uso de filtros robustos, baseados nas propriedades de distribuicao Rayleigh e uma analogia entre filtragem e estimacao, para a reducao de ruido speckle em imagens de uma visada e detecao linear. Desenvolve-se uma ferramenta computacional para avaliar a aderencia de amostras de imagens as distribuicoes propostas como modelos de ruido, e essa informacao e empregada na discriminacao de tipos de ocupacao do solo. Avalia-se, pelo uso de tecnicas Monte Claro, a influencia que o formato dos dados tem no desempenho dos testes de aderencia. ABSTRACT: Computational tools, derived from statistical mode for the synthesis, analysis and processing of synthetic aperture radar (SAR) images are pre sented. Several problems arising in image processing are posed in a unified manner. within the Bayesian framework. The Potts-Strauss model is used as the a priori distribution for the classes, and the following topics are studied: the maximum pseudo likelihood estimation, the convergence properties of cluster flip algorithms, and the invariance Markovian property of the a posteriori distribution of a random field, given its blurred and noisy version. Specifically, the pseudolikelihood estimators for the Potts-Strauss model and au arbitrary number of classes are ca in a tractable computational form. The convergence properties are studied using a Monte Cano experiment. using the pseudolikelihood estimators as stopping rules. An extension of a theorem by Geman and Geman is presented; this extension allows the modeling of images with multiplicative noise, among others. Using these results about the Potts-Strauss model, a computational tool for the simulation of optical and SAR images is presented. Several distributions for the noise present in coherent illuminated images are studied, along with estimation techniques for their parameters. A modification of a Markovian a (ICM) for the segmentation of SAR and optical images is presented. where all the required parameters are iteratively estimated from the data through the use of pseudolikelihood estimators allowing, thus, au automated operation. The speckle noise reduction in one look amplitude images is posed as au estimation problem, and robust filters, based on the Rayleigh distribution, are proposed for this task. A computational tool for two goodness of fit teéts for images is presented; that information is used as a discriminating factor for land use. The influence of byte data format on these tests is evaluated through the use of Monte Cano techniques.
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1995
Modelos, linguagens e arquiteturas para bancos de dados geograficos
Câmara Neto, G.
INPE--TDI/
Nakanishi, Tatuo
Casanova, Marco Antonio, (orientador)
Carvalho, Solon Venancio de
Alves, Diogenes Salas
Medeiros, Claudia Maria Bauzer
Magalhaes, Geovane Cayres
1995-12-20
O objetivo desta tese é enfocar o problema de conceber e implementar bancos de dados geográficos. O assunto é aqui tratado de forma abrangente, inclusive com discussões sobre os temas de modelagem conceitual, linguagens de consulta e manipulação e arquiteturas distribuídas. Este tratamento objetiva fornecer uma base conceitual sólida para o desenvolvimento de uma nova geração de sistemas de Geoprocessamento pelo INPE. O trabalho está dividido em três partes. A primeira parte (capítulos 2 e 3) traz uma apresentação sobre a tecnologia de Geoprocessamento e discute a evolução dos sistemas de informação geográfica. A principal conclusão desta parte é a emergência de um novo paradigma na área de SIG, que envolve avanços em sistemas distribuídos, linguagens de consulta e manipulação espacial. Os aspectos conceituais de modelagem e linguagens são o objeto da segunda parte da tese, O capítulo 4 apresenta um modelo conceitual orientada-a-objetos para Geoprocessamento. O capítulo 5 contém uma caracterização das operações em SIGs, de forma coerente com o modelo de dados proposto. O Capítulo 6 propõe então uma linguagem para análise geográfica. A terceira parte da tese analisa arquiteturas para sistemas de gerência de bancos de dados geográficos (SGBDG). O capítulo 7 apresenta uma análise das alternativas gerais de arquiteturas para SGBDG. Com base nos requisitos e na álgebra de operações proposta, o capítulo contém uma proposição de uma arquitetura distribuída. O capítulo 8 discute os problemas envolvidos em implementar a arquitetura proposta e otimizar seu desempenho. Esta parte detalha alternativas para melhoria de desempenho e realiza análises comparativas. ABSTRACT: The aim of this thesis is to study the issues of design and implementation of geographical data bases. The subject is dealt with in a comprehensive manner, including discussions on the issues of modelling, query and manipulation languages and distributed architectures. Such an approach is meant to give a solid conceptual basis for the development of the next generation of geographical information systems (GIS) at INPE. The work is divided into three parts. The first part (chapters 2 and 3) includes a general presentation of GIS technology and discusses its evolution. The main conclusion is the emergence of a new paradigm in this arena, based on advances on the areas of distributed systems and query and manipulation languages. Data model and languages are the subject of the second part of this document. Chapter 4 presents an object-oriented data model for geographical data, which serves as a basis for the classification of geographical operations, the subject of chapter 5. Chapter 6 proposes a geographical query and manipulation language, which is based on this classification. The third part of the document covers architectures for geographical data base management systems (GDBMS). Chapter 7 analyses alternatives for GDBMS architectures. Based on the requirements for the new generation of GISs (chapter 3) and on the language for GIS operations, the chapter proposes a distributed architecture. Chapter 8 discusses the problems involved in imp the proposed architecture.
Full text: yes
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1996
Modelo para següênciamento de partes e ferramentas em um sistema de manufatura flexível com restrições às datas de vencimento e a capacidade do magazine
Gómez, A. T.
INPE--TDI/
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Rios Neto, Atair
Yanasse, Horacio Hideki
Simoni, Paulo Ouvera
Marins, Fernando Augusto Silva
Moccellin, João Vitor
1996-12-19
Utilizando os conceitos de Tecnologia de Manufatura Flexível, aplicados a um "job shop", é proposto um Modelo para gerar o seqüenciamento das partes e dos conjuntos de ferramentas, necessários para processá-las. As partes são processadas em uma máquina versátil que possui um magazine com capacidade limitada para armazenar os conjuntos de ferramentas. Na geração das seqüências das partes e dos conjuntos de ferramentas são abordados os problemas de Seleção de Partes, Carregamento de ferramentas e de "Scheduling" com restrições de ferramentas e de datas de vencimento. A capacidade do magazine, assim como as datas de vencimento das partes e os períodos dos turnos de produção são respeitados. As restrições impostas pelas datas de vencimento aparecem como um fator complicador na geração do Modelo. O seqüenciamento das partes deve considerar tanto as restrições das ferramentas, quanto ao tipo e capacidade do magazine, como o tempo de atraso no processamento das partes. O problema de Carregamento de Ferramentas é tratado em duas abordagens: minimização do número de trocas de ferramentas e minimização do número de instantes de parada para a troca de ferramentas. No problema de "Scheduling" é dado ênfase ao problema do Atraso que trata do conflito entre atender às datas de vencimento das partes e ao agrupamento de partes existente em relação ao conjunto de ferramentas. O objetivo é gerar um Modelo de otimização que permita, a partir da mesma solução inicial, obter diferentes seqüências de partes e de conjuntos de ferramentas que contemplam diferentes estratégias de otimização. As estratégias de otimização são definidas conforme os valores atribuídos aos pesos das parcelas da função objetivo. As parcelas consideradas na função objetivo são os tempos totais de produção, de atraso, de "setup"correspondente ao número de trocas de ferramentas, de "setup" correspondente ao número de instantes de parada para a troca de ferramentas e dos períodos ociosos dos turnos de produção. Para isto foram desenvolvidos dois algoritmos para gerar os agrupamentos iniciais das partes e ferramentas e o "scheduling" inicial das partes. Utilizando-se técnicas da pesquisa Tabu são obtidas as seqüências desejadas que refletem a estratégia definida pelo conjunto de valores atribuídos aos pesos da função objetivo. Testes e comparações de resultados c da performance do Modelo são apresentados ao final do trabalho. ABSTRACT: A model is proposed to make the scheduling of parts and tools in a job shop, using concepts of Flexible Manufacturing Technology. The parts are processed on a flexible machine that has one magazine with limited tool capacity. The problems of parts selection, loading tools, and scheduling with due dates and tooling constraints are studied in this work. The due dates and the turns of the production are respected. The scheduling of parts must consider the due dates and tooling constraints. The problem of loading tools is considered in two approaches: minimizing the number of tool switching and the number of stops for tool switching. 'Me goal is to obtain an optimization model that provides differents schedulings of tools and parts. The optimization strategies are defined using objective function weights. The parcels considered in the objective function are: the maximum flow time (makespan), the delay time, the number of stops for tool switching , the number of tool switching and the idle period at the turns of production. Two algorithms have been developed to give the initial grouping of parts and tools and the initial scheduling of the system. Using Tabu search techniques, the parts and tools scheduling are obtained in accordance to the weigths of the objective function.
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1997
Aplicação da morfologia matemática a análise de imagens de sensoriamento remoto
Candeias, A. L. B.
INPE-6340-TDI/592
Mascarenhas, Nelson Delfino d'Avila (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Sandri, Sandra Aparecida
Yanasse, Corina da Costa Freitas
Dutra, Luciano Vieira
Lotufo, Roberto de alencar
1997-02-21
Este trabalho mostra por meio de exemplos, como as ferramentas da Morfologia Matematica podem ajudar na analise de imagens de Sensoriamento Remoto. Os exemplos sao gerados a partir de problemas reais e mostra-se que mesmo aparentemente distintos eles tem algo em comum. Estes exemplos sao armazenados em uma biblioteca digital (URLib) e podem ser acessados atraves de quatro tabelas via WWW. A primeira tabela fornece o acesso aos exemplos atraves dos seus titulos, a segunda atraves dos objetos extraidos das imagens tais como drenagem, nuvens, etc., e a terceira atraves dos atributos extraidos, tais como: alongado, quase arredondado, etc. A ultima tabela refere-se as acoes sobre as imagens tais como: fusao, homogenizacao, extrapolacao etc. Este conjunto de exemplos podem auxiliar na solucao de outros problemas similares em analise de imagens de Sensoriamento Remoto. ABSTRACT: This work shows, through examples, how the Mathematical Morphology tools can help Remote Sensing image analysis. Some examples are chosen from real problems and show that their solutions have something in common. These examples are stored in a digital library (URLib) and can be accessed through four tables. The first table gives access to the examples by mentioning their titles. The second one by mentioning the extracted objects like drainage, clouds, etc. The third table gives access to the examples by mentioning the object attributes like, elongated, almost circular, etc. Finally, the last one by referring to some actions over the images like, fusion, homogenization, extrapolation, etc.. This set of examples should help to find out the solution for similar image analysis problems.
Full text: yes
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Uma abordagem de qualidade e Produtividade para o desenvolvimento de sistemas de software complexos utilizando a arquitetura de palca de software: softboard
Cunha, J. B. S.
INPE--TDI/
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Nakanishi, Tatuo (orientador)
Rios Neto, Atair
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Cunha, Adilson MArques da
1997-04-04
Os sistemas de software estão sendo empregados nos mais variados campos do conhecimento. Eles são chamados a satisfazer requisitos mais sofisticados, e a estar aptos a atender a uma grande e crescente base de usuários, cada vez mais exigente. Todos estes fatos sugerem a necessidade de um grande salto na maneira de se construir, aperfeiçoar, expandir e manter com qualidade, os sistemas de software complexos. Este trabalho apresenta uma abordagem de desenvolvimento de software que contribui nesta direção. Esta abordagem inclui uma proposta que possibilita enfatizar o estabelecimento: 1) de um ambiente de desenvolvimento de software; 2) de um processo de desenvolvimento de software; 3) de uma arquitetura de sistemas de software centrada na reutilização, sem deixar de considerar os aspectos organizacionais, gerenciais e humanos envolvidos. ABSTRACT: Software systems are becoming increasingly useful in a great variety of knowledge areas. They shall meet sophisticated requirements. Aside of all they shall cope with a big growing group of demanding users. All these facets entails a need to booster the way complex software systems are built, enhanced and kept with a satisfactory quality, and within budget and schedule constraints. This Work presents an approach for software development looking for to this direction. This approach include a proposal that allow to show the establishment of: i) a software system development environment; 2) a software system development process; 3) an archictecture of system software centered in reuse, without to take into consideration its human, technical, organizational and managerial aspects.
Full text: no
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Reconstrução de propriedades óticas e de fontes de bioluminescência em águas naturais
Stephany, S.
INPE-6968-TDI/656
Dias, Luiz Alberto Vieira (presidente)
Ramos, Fernando Manuel (orientador)
Velho, Haroldo Fraga de Campos (co-orientador)
Martinez, Alexandre Souto
Novo, Evlyn Marcia Leao de Moraes
Vilhena, Marco Tulio Menna Barreto de
Garcia, Roberto David Martinez
1997-04-01
Este trabalho propoe uma metodologia de estimacao de propriedades oticas e de fontes de bioluminescencia em aguas naturais a partir de irradiancias medidas in situ. Utiliza-se um algoritmo de inversao implicito, no qual avalia-se, para cada solucao candidata, a diferenca quadratica entre as irradiancias experimentais e aquelas calculadas pelo modelo direto para essa solucao. A funcao objetivo a ser minimizada e avaliada pela soma dessas diferencas quadraticas e o problema de minimizacao e formulado como um problema de otimizacao nao-linear. Para dados com ruido, acrescenta-se um termo de regularizacao por maxima entropia, ponderado por um multiplicador de Lagrange, sendo avaliados dois criterios distintos para escolha do mesmo. O decaimento das irradiancias com a profundidade foi corrigido atraves de um fator exponencial. A metodologia foi testada para dados sinteticos, sem ruido ou corrompidos por ruido gaussiano, com bons resultados. Os casos abordados incluiram estimacao isolada de perfis de bioluminescencia, de perfis do coeficiente de absorcao ou do coeficiente de espalhamento e também a estimação conjunta desses parâmetros. ABSTRACT: It is proposed a methodology for the estimation of optical properties and bioluminescence sources in natural waters from in situ irradiances. The implicit inversion algorithm evaluates for each candidate solution the suqre differences be tween the irradiances calculated by the direct model for each candidate solution and the experimental irradiances. The objective function value for each step is given by these square differences and the minimization problem is formulated as a non-linear optimization problem. A maximum-entropy regularization term is added to the objective function for noise corrupted data. This term is weighted by a Lagrange multiplier and two criteria are evaluated for its fitting. As the irradiances decay with the depth, an exponencial correction factor is used. The proposed methodology was tested for noiseless and noise-corrupted synthetic data and yielded good results. The test cases included estimation of bioluminescence, absorption coefficient or scattering coefficient vertical profilles, as well as joint estimation of all these parameters.
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1998
Algoritmo genético construtivo na otimização de problemas combinatoriais de agrupamentos
Furtado, J. C.
INPE--TDI/
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Yanasse, Horácio Hideki
Oliveira, Pedro Paulo Baldi de
Gómez, Arthur Tórgo
Ochi, Luiz Satoru
1998-4-28
Neta tese introduzimos um novo método heu´ristico denominado Algoritmo Cosntrutivo - AGC. Esta heurística apresenta uma população de esquemas (blocos construtivos) que carregam inforamções sobre as propriedades estruturais do problema e são avaliados através de funções que determinam o quanto promissor é cada um destes esquemas. Os esquemas são avalidos diretamente através de funções apropriadas, sendo que os melhores são incentivados a se recombinar com outros para gerar novos esquemas ou estruturas completas. O objetivo é produzir, através de sucessivas gerações, novos esquemas ou estruturas completas que além de agregar mais informações sobre o problema, apresentam bom desempenho nas funções de avaliação. Os esquemas ou estruturas que não obtém boa avaliação são elimidados da população através de um critério de poa. No final do processo. estruturas de qualidade superior são obtidas. Este trabalho também mostra a aplicação do AGC em três diferentes problemas combinatoriais: problema das p-medianas, problema de agrupamento capacitado e problema capacitado de patricionamento de grafos. Os resultados para estes problemas são mostrados e comparados com outras heurísticas. Por fim, conclusões e sugestões são apresentadas. ABSTRACT: We present in this thesis a new heuristic called Constructive Genetic Algorithm - CGA. This heuristic presents a population formed by schemata (building blocks) that carry information about the problem. The CGA use functions that evaluate schemata. The best fitness schemata are stimulated to recombine with other for generate new schemata or complete structures. The goal is to get schemata or structures with high quality. The population is dynamic, increasing and decreasing at convenient evolution times. The schema evaluation is updated and used as a criterion for schema permanency. At the time of the schema creation, it receives a rank that indicates how long it will survive. The best schema found so far is kept. The process finishes with an emptied population or when an iteration limit is reached. This work, also, presents the CGA applied to three different optimization problems: the p-median problem; the capacitated clustering problem; and min-cut problem. Results are shown for instances from the literature using a microcomputer implementation and significant conclusions are reported.
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Refinamento da segmentação 2D do ventrículo esquerdo em imagens de ressonância magnética utilizando "simulated annealing"
Garrido, G. E. J.
INPE-13066-TDI/1025
Yanasse, Horácio Hideki (presidente)
Furuie, Sergio Shiguemi (orientador)
Orgambide, Alejandro Cesar Frery (co-orientador)
Monteiro, Antonio Miguel Vieira
Mascarenhas, Nelson Felfino D'Avila
Moura Júnior, Lincoln de Assis
1998-04-24
Doenças em órgãos complexos como o coração requerem ferramentas de análise adequadas para o diagnóstico, a terapia e o acompanhamento do paciente. Uma área de interesse emergente se refere a técnicas quantitativas de processamento de imagens, capazes de fornecer dados precisos sobre tamanho, localização e outros parâmetros referentes aos órgãos em estudo. A obtenção destas medidas não seria possível sem a identificação precisa do objeto que está sendo analisado, o que é a motivação principal deste trabalho. Esta tese propõe, implementa e avalia uma metodologia para se obter uma segmentação precisa do ventrículo esquerdo em imagens de ressonância magnética do coração. O método utilizado parte de uma segmentação inicial, aproximada ou não, obtida através de uma técnica chamada "expansão do balão", e realiza refinamentos sucessivos baseados na técnica "simulated annealing", buscando a minimização de uma função de energia. Esta função integra informações tais como a intensidade local, o formato do contorno e o contraste nas bordas do objeto. A avaliação da técnica é realizada sobre "phantoms" numéricos, projetados com as dimensões e contrastes típicos encontrados em imagens de ressonância magnética do coração. A robustez do método é medida em relação à segmentação real dos "phantoms". Comparações com outras técnicas utilizando níveis de erro são apresentadas. A técnica foi aplicada também a imagens reais do coração, na modalidade de ressonância magnética. ABSTRACT: Diseases in complex organs like the heart require suitable analysis tools for diagnosis, therapy and patient attendance. An emerging area of interest in image processing are quantitative techniques that provide accurate data about the size, position and other parameters concerning these organs. It is not possible to apply these techniques if no accurate identification of the object under analysis is available. The main objective of this work is the proposal of a technique for the correct identification of the object. This work describes the proposal, implementation and assessment of a methodology to obtain an accurate segmentation of the cardiac left ventricle in magnetic resonance images. The method begins with an initial segmentation, not necessarily accurate, obtained through the balloon expansion technique and accomplishes subsequent refinements based on simulated annealing, looking for the minimization of an energy function that takes into consideration the local intensity of the voxel, the contour/surface relation and the edge contrast. The evaluation of the proposed technique is accomplished over numerical phantoms designed with the dimensions and typical contrasts found in magnetic resonance images of the heart. The robustness of the method is measured with respect to the initial segmentation and comparisons are made with other techniques, through the assessment of segmentation errors. Results over real magnetic resonance images of the heart are also presented.
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Uma arquitetura de sistemas especialistas nebulosos para classificação de imagens utilizando operadores da morfologia matemática
Moraes, R. M.
INPE-6712-TDI/628
Mascarenhas, Nelson Delfino D'Avila (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Sandri, Sandra Aparecida (co-orientadora)
Dutra, Luciano Vieira
Shimabukuro, Yosio Edemir
Lotufo, Roberto Alencar
1998-02-27
Neste trabalho propomos uma arquitetura de sistemas especialistas nebulosos para classificacao de imagens. Nestes sistemas, as regras sao construidas atraves de operadores da Morfologia Matematica invariantes a translacao. A traducao das regras em sequencias de operadores da Morfologia Matematica e mostrada detalhadamente. Um sistema especialista com essa arquitetura e aplicado a uma area na Floresta Nacional do Tapajos, no estado brasileiro do Para. Os resultados da classificacao sao comparados com uma imagem classificada visualmente. ABSTRACT: In this work, we propose a fuzzy expert system architeture for image classification. In these expert systems, the rules are constructed through translation invariant Mathematical Morphology operators. The rule translation into Mathematical Morphology operators sequences is shown in details. An expert system constructed with this architeture is applied to area of Tapajós National Florest, in the Brasilian state of Pará. The classification results are compared with a visually classified image.
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A relaxação lagrangeana/surrogate e algumas aplicações em otimização combinatória
Narciso, M. G.
INPE--TDI/
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Antonio Nogueira (orientador)
Yanasse, Horácio Hideki
Travelho, Jerônimo dos Santos
Galvão, Roberto Dieguez
Senne, edson Luiz França
1998-04-27
A relaxação lagrangeana tem sido empregada há muito tempo, com grande sucesso, como auxiliar no desenvolvimento de métodos para a busca de soluções ótimas aos problemas da Otimização Combinatória. Outra relaxação conhecida e empregada, neste contexto, é a relaxação surrogate. Esta relaxação, embora forneça em geral limites melhores que a lagrangeana, não tem sido empregada freqüentemente devido A dificuldade inerente de solução do problema relaxado. Este trabalho tem como objetivo mostrar como informações locais podem melhorar a performance do emprego de relaxação lagrangeanas quando aplicadas em conjunto com métodos subgradientes. Uma versão surrogate da relaxação lagrangeana proporciona uma otimização local, que irá refletir em todas as iterações de um método subgradientes. Esta nova forma de uso de informações locais pode ser vista também como uma nova rela. ABSTRACT: The lagangean relaxation has been used there is a long time, with great sucess,a s auxiliary in the development of methods fot the search of feasible solutions to Combinational Optimization problems. Another well-known relaxation and maid, in this context, is the surrogate relaxation. This relaxation , although in supplies better limits in general than lagrangeana, has not frequently been used due to the inherent difficulty of solution of the relaxed probelm. This work has the objetive of show as local information can improve the performance of the employment of lagrange an relaxations when applied together with subgradient methods. A surrogate version of the lagrangean relaxation provides a local otimization that will contemplate in all the iterations of a subgradient methods. This new form of use local information can also be seen as a new relaxation, denominated in this work of relaxation lagrangeana/surrogate or simply lagsur. This new proposal was applied to the generalized assignment problem (PGA) and to the travelling salesman problem (PVC) and the obtained results were better than obtained with lagrangean relaxation in terms of time of execution, mainly when the instances have great dimensions. Besides winnning in time, the relaxation lagsur obtained such limits as supplied for the lagrangean relaxation.
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O uso de algoritmos genéticos na decomposição morfológica de operadores invariantes em translação aplicados a imagens digitais
Oliveira, J. R. F.
INPE-7513-TDI/726
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Sandri, Sandra Aparecida
Pereira, José Antônio Gonçalves
Lopes, Roberto Vieira da Fonseca
Barrera, Junior
Lotufo, Roberto de Alencar
1998-12-17
Este trabalho usa um algoritmo genético na decomposição de operadores invariantes em translação para imagens digitais. Esta decomposição tem a forma de uma união (resp. interseção) de operadores sup-geradores (resp. inf-geradores). Esses operadores são construídos a partir dos quatro operadores elementares da Morfologia Matemática que, por sua vez, são definidos por elementos estruturantes. A tarefa mais difícil nesta formulação é encontrar os elementos estruturantes que implementam a decomposição desejada. Para este propósito, um algoritmo genético é usado para encontrar uma solução sub-ótima em um espaço de soluções enorme. Vários testes computacionais são realizados e os resultados são suficientemente bons para justificar mais pesquisas nesta direção. ABSTRACT: This work uses a genetic algorithm for the morphological decomposition of translation invariant operators on digital images. This decomposition has the form of a union (resp. intersection) of sup-generating (resp. inf-generating) operators. These operators are built from the four morphological elementary operators which, in turn, are defined by structuring elements. The harder task in using this formulation is to find the structuring elements that ultimately implement the desired decomposition. For this purpose, a genetic algorithm is used to find a sub-optimal solution in a huge solution space. Several computational tests are done and the results are good enough to justify further research in this direction.
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Inserção de distribuições do tipo fase em modelos markovianos de decisão
Rodrigues, R. C. M.
INPE-6840-TDI/648
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (presidente)
Carvalho, Solon Venancio de (orientador)
Yanasse, Horacio Hideki
Morais, Paulo Renato de
Milioni, Armando Zeferino
Marujo, Ernesto Cordeiro
1998-06-04
As distribuicoes do tipo fase (distribuicoes PH) permitem aproximar tao bem quanto se queira qualquer distribuicao de probabilidade continua positiva. Devido as suas caracteristicas, essas distribuicoes podem ser facilmente utilizadas em modelos markovianos de decisao desde que suas fases sejam observaveis. Mas no caso de fases nao observaveis, nao se tem disponivel na literatura nenhuma solucao para o problema da insercao de distribuicoes PH em Processos Markovianos de Decisao a Tempo Continuo. O objetivo deste trabalho e apresentar uma solucao para esta questao em aberto. Para isto propoe-se uma metodologia utilizando a teoria dos Processos Markovianos de Decisao com Informacao Parcial. Resultados numericos sao apresentados onde aplica-se a metodologia proposta na otimizacao de um modelo de manutencao cujos tempos de reparo nao sao exponenciais e na otimizacao do controle de uma fila PH/PH/1/N. ABSTRACT: Phase type distributions (PH distributions) approximate as well as any continuous positive probability distribution. Due to their features, these distributions can be easily used in Decision Markov Models provided that their phases can be observed. However, in case phases cannot be observed, no bibliography is available to show a solution for the problem of inserting PH distributions in Continuous Time Markov Decision Processes. The objective of this work is to present a solution for this problem. A methodology using the theory of Decision Markov Processes with Partial Information is proposed. Numerical results are shown where the proposed methodology is applied to optimizing a maintenance model in which repair times are not exponential and to optimizing the control in a PH/PH/1/N queue.
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Rede morfológica não-supervisionada-RMNS
Silva, F. A. T. F.
INPE-8759-TDI/800
Rios Neto, Atair (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Omar, Nizam
Nascimento Junior, Cairo Lúcio
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso
1998-06-02
Este trabalho propõe um novo paradigma de Rede Neural Artificial (RNA): A Rede Morfológica Não-Supervisionada (RMNS), caracterizada por aprendizagem não-supervisionada. Este paradigma pertence a uma classe de redes invariantes a translação e está baseada na Morfologia Matemática (MM), e nos modelos de rede ART de Carpenter e Grossberg, e na rede de Kohonen. Em tempo de ativação, o operador de casamento é implementado utilizando os operadores elementares da MM. Este operador propicia detecção de padrões robusta em relação a ruídos aditivos ou subtrativos, e/ou pequenas rotações dos padrões a serem reconhecidos. No que concerne ao treinamento, a RMNS utiliza uma variação da regra de aprendizagem de Kohonen, e um sistema de reset inspirado no modelo ART proposto por Carpenter e Grossberg. ABSTRACT: This work proposes a new paradigm of Artificial Neural Net (RNA): The Unsupervised Morphologic Net (RMNS), characterized by unsupervised learning. This paradigm belongs to a class of translation invariant nets and it is based on of Mathematical Morphology (MM), Carpenter and Grossberg's ART, and Kohonen net models. At activation time, the template matching operator is implemented using translation invariant MM elementary operators. This operator propitiates a robust pattern detection with respect to addictive or subtractive noise, and/or for small rotations of the patterns to be recognized. In what it concerns to the training, the RMNS uses a Kohonen learning rule variation and a reset system inspired in the ART model proposed by Carpenter and Grossberg.
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1999
Especificação dos aspectos dinâmicos dos sistemas
Alves, M. C. B.
INPE-7229-TDI/683
Preto, Airam Jonatas (presidente)
Nakanishi, Tatuo (orientador)
Carvalho, Solon Venancio de
Cunha, Joao Bosco Schumann
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Cunha, Adilson Marques da
1999-05-28
Com o crescente aumento da complexidade e porte dos sistemas, e importante que os aspectos dinamicos sejam observados com cuidado na fase inicial do desenvolvimento desses sistemas. Este trabalho faz um levantamento de elementos que contribuem na especificacao e representacao mais efetiva dos aspectos dinamicos dos sistemas, a partir do estudo de alguns casos. Baseado no resultado desta analise e na atual carencia de tecnicas que plena e adequadamente representem estes aspectos, propoe-se uma nova abordagem para a sua representacao, com a criacao de modelos de animacao. Estes modelos sao criados graficamente utilizando um simbolismo simples e a animacao e obtida com o emprego de tecnicas de simulacao discreta de sistemas, dentro de um ambiente de facil uso e que possibilita a interacao do modelador do sistema durante o processo de animacao. Com isso, uma visao da dinamica do sistema e obtida, melhorando a compreensao e, consequentemente, a especificacao dos aspectos dinamicos. Por meio de sucessivos refinamentos do modelo, e possivel, ainda, que o modelador obtenha a especificacao de alguns dos objetos de software componentes do sistema a ser implementado. ABSTRACT: A consequence of the continuous growing of the systems size and complexity is the highlighting of the importance of the software requirements specification. Dynamic aspects must be early and carefully considered in this phase. This work suggests a set of key elements that would be considered in the dynamic modeling of the systems in order to improve their specification. The practical importance of these key elements are verified and analyzed based on some case studies. Considering the limitations of the existing models and techniques for these elements representation, a new approach using animation models is proposed to create the initial model of the systems. These models are graphically created and animated by using discrete simulation techniques. An user friendly environment is proposed to support the process of animation model creation and to allow interactivity during the model animation. This approach improves both the comprehension and dynamic aspects specification of the systems by providing one more complete view of the systems dynamic. With successive model refinements, it is also possible to identify some of the software objects to be implemented.
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Modelagem ambiental com tratamento de incertezas em sistemas de informação geográfica: o paradigma geoestatístico por indicação
Felgueiras, C. A.
INPE-8180-TDI/760
Câmara Neto, Gilberto (presidente)
Monteiro, Antonio Miguel Vieira (orientador)
Fucks, Suzana Druck (co-orientador)
Freitas, Corina da Costa
Assad, Eduardo Delgado
Carvalho, Paulo Cézar Pinto
1999-12-21
Os produtos de modelagens envolvendo propriedades e processos do meio físico natural, gerados no ambiente computacional de Sistemas de Informação Geográfica (SIG)como mapas de aptidão agrícola, mapas de vulnerabilidade à erosão, zoneamento ecológico-econômico, para citar alguns, deveriam fornecer informação quantitativa sobre a qualidade dos produtos disponibilizados, uma vez que são destinados a apoiar processos de tomada de decisão. A tecnologia atual dos SIG não incorpora, em seus procedimentos, a noção de qualidade aos diferentes cenários que é capaz de produzir através da integração e operação sobre dados espaciais de diversas naturezas. Assim, em relação ao uso sistemático de ambientes de SIG, no atual estágio da tecnologia, para as mais diversas modelagens em apoio a processos decisórios, o que efetivamente tem acontecido chega a ser temerário. Na imensa maioria dos casos, nenhuma informação quantitativa sobre a qualidade dos produtos gerados é agregada ao produto final, e o que era para ser um cenário, uma possível resposta a uma determinada modelagem para os dados envolvidos no processamento, passa a ser a expressão da verdade. É neste contexto que se insere este trabalho. Uma proposta de sistematização, baseada no paradigma da modelagem geoestatística por indicação, para uso em modelagem computacional desenvolvida em ambiente de SIG. As técnicas e métodos, apontados pela sistematização aqui proposta, são explorados na teoria e na prática, através de sua implementação, e são demonstradas em estudos de caso. Este trabalho dedica especial atenção à formulação de técnicas de estimativa e métricas de incerteza que possam abordar, de forma unificada, dados geográficos de natureza temática (categórica)e numérica (contínua), apresentando resultados promissores. Discute-se e testa-se a hipótese do uso de dados indiretos, quando há pouca disponibilidade de amostras, como forma de se procurar melhorar a acurácia das inferências utilizadas. A integração destes procedimentos aos ambientes de SIG, em seu atual estágio de desenvolvimento tecnológico, é discutida e os requisitos básicos para esta integração são apresentados. Com este trabalho espera-se estar contribuindo na direção de orientar arquitetos e desenvolvedores de SIG para incorporar as ferramentas de modelagem espacial necessárias à manipulação de dados geográficos, com suas medidas de incertezas associadas, e à propagação das incertezas para os produtos de modelagem ambiental, que irá qualificar o produto resultante do uso da tecnologia. ABSTRACT: The use of Geographic Information Systems (GIS)to model environmental phenomena limits decision-making processes because the products of GIS modeling, such as agriculture suitability and vulnerability to erosion maps or economic-ecological zoning, do not encompass quantitative information on data quality. Current GIS technology does not associate the notion of data quality to the various scenarios resulting from integrating and combining different spatial data. This situation requires attention and jeopardizes decision-making processes based on GIS. In most cases there is no information on data quality aggregated to the final products. As a consequence, what should be a scenario of possible answers to a certain modeling turns out to be the expression of truth. The present research is concerned with issues that come from this context. This thesis is a proposal towards a systematic computational modeling in GIS based on the paradigm of indicator geostatistic modeling. The proposed techniques and methods are implemented and demonstrated through case studies. This work is especially concerned with the formulation of estimation techniques and uncertainty metrics that can treat both thematic (categorical)and numerical (continuous)geographic data. It also discusses and tests the hypothesis of using soft data to improve the estimate accuracy when only a few samples are available. The integration of these procedures in a GIS environment, as well as the basic requirements for such integration, is discussed and presented. This research contributes to guide GIS designers and developers to incorporate spatial modeling tools required for an appropriate handling of geographic data, taking their uncertainties into consideration when the data set is directly involved in environmental modeling.
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Registro automático de imagens de sensoriamento remoto baseado em multiplas resoluções
Fonseca, L. M. G.
INPE-7502-TDI/717
Dutra, Luciano Vieira (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Costa, Max Henrique Machado da (co-orientador)
Camara Neto, Gilberto
Mascarenhas, Nelson Delfino D'Avila
Sakane, Fernando
1999-02-26
Registro de imagens e uma das operacoes basicas de processamento de imagens na area de sensoriamento remoto. Com o aumento do numero de imagens coletadas todos os dias por diferentes sensores, o registro automatico de imagens multi-sensores, multi-espectrais e multi-temporais tem se tornado um assunto muito importante. Nesta tese e proposto um eficiente algoritmo para o registro de imagens multitemporais com respostas espectrais similares. 0 procedimento e completamente automatico e baseia-se nos valores de niveis de cinza das imagens e nos maximos locais da transformada wavelet. 0 algoritmo e realizado nas resolucoes progressivamente mais altas, permitindo assim uma maior eficiencia em termos computacional e de precisao de registro. 0 algoritmo de registro e muito simples, facil de aplicar e razoavelmente eficiente em termos de complexidade computacional. Varios experimentos e medidas de desempenho sao apresentados para ilustrar o desempenho do algoritmo. ABSTRACT: Image registration is one of the basic image processing operations in remote sensing. With the increase in the number of images collected every day from different sensors, automated registration of multi-sensor, multi-spectral and multi-temporal images has become an important issue. In this thesis an efficient algorithm for the registration of multi-temporal images with similar spectral responses is proposed. The procedure is completely automatic and relies on the grey level information content of the images and their local wavelet transform modulus maxima. The algorithm is performed at progressively higher resolution, which allows for faster implementation and higher registration precision. The registration algorithm is very simple, easy to apply and reasonably emcient in terms of computational complexity. Extensive experimental results are provided to illustrate the performance of the algorithm as well as measurements of its performance.
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Um modelo de manutenção de equipamentos baseado em informações imperfeitas sobre o processo de inspeção
De Marchi, M. M.
INPE-7168-TDI/674
Yanasse, Horacio Hideki (presidente)
Morais, Paulo Renato de (orientador)
Carvalho, Solon Venancio de (co-orientador)
Rodrigues, Rita de Cassia Meneses
Milioni, Armando Zeferino
Marujo, Ernesto Cordeiro
Morabito Neto, Reinaldo
1999-02-25
O objetivo deste trabalho e estudar a modelagem e otimizacao de um sistema de manutencao de um equipamento que se deteriora ao longo do tempo quando nao e possivel conhecer exatamente seu estado nos instantes de decisao. Considerando que informacoes sobre o estado de deteorioracao deste sistema podem ser obtidas indiretamente - atraves da inspecao dos seus produtos - e, ainda, que esta informacao pode conter erros, propoe-se uma metodologia utilizando a teoria dos Processos Markovianos de Decisao com Informacao Parcial. Procura-se, assim, unir duas areas de pesquisa - sistemas de inspecao e sistemas de manutencao - e, principalmente, mostrar que erros na informacao fornecida pela inspecao devem ser considerados. Resultados numericos sao apresentados. ABSTRACT: The objective of this work is to study the modeling and optimization of a manufacturing system of an equipment that deteriorates with time when its exact state in the decision instants is not known. Considering that the information about the system deterioration can be obtained indirectly through the inspection of the products of the equipment and, further, that the information may have errors, we propose a methodology using the Markov Decision Processes with Partial Information theory. Therefore, we intend to merge two areas of research inspection system and manufacturing system and, mainly, to show that the errors in the information provided by the inspection must be considered. Numerical results are presented.
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Supervisão descentralizada em modelos de desempenho de sistemas: uma abordagem por processos Markovianos de decisão
Monteiro, M. A.
INPE-7231-TDI/685
Yanasse, Horacio Hideki (presidente)
Carvalho, Solon Venancio de (orientador)
Morabito Neto, Reinaldo
Sales, Maria Creusa Bretas
Marujo, Ernesto Cordeiro
Moraes, Paulo Renato de
1999-02-26
A maioria dos procedimentos para analisar e controlar o comportamento de um sistema considera supervisao centralizada. Entretanto, em alguns sistemas complexos, a suposicao de supervisao centralizada nao e a mais adequada. Em alguns casos, uma melhor alternativa seria adotar uma supervisao descentralizada, que consiste de varios supervisores, e cada um observando uma parte do sistema. Neste trabalho tem-se como objetivo apresentar uma estrategia que permita a modelagem de sistemas com supervisao descentralizada. Para isto propoe-se uma metodologia utilizando a teoria dos Processos Markovianos de Decisao com Informacao Parcial. Resultados numericos sao apresentados onde se aplica a metodologia proposta na otimizacao de um sistema produtivo. ABSTRACT: Most of the procedures to analyze and to control the behavior of a system is based on centralized supervision. However, in some complex systems, the centralized supervision is not the most adequate. In certain systems, a better alternative would be to adopt a decentralized supervision, that consists of several supervisors, each one observing a part of the system. In this work we present a strategy that allows the modeling of systems with decentralized supervision. A methodology using the theory of Markov Decision Process with Partial Information is proposed. Numerical results are shown where the proposed methodology is apllied to optimize a production system.
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Uma abordagem híbrida por Dempster-Shafer e algoritmos genéticos para o problema de correspondência em estereoscopia
Silva, J. D. S.
INPE-7895-TDI/743
Balbi, Pedro Paulo (presidente)
Simoni, Paulo Ouvera (orientador)
Silva, Francisco de Assis T. F. da
Rodrigues Neto, Camilo
Marranghello, Norian
Carvalho, Joao Marques de
1999-11
Esta tese trata de uma proposta de uma modelagem hierarquica hibrida, abordando o problema de correspondencia na estereoscopia em visao computacional, utilizando o raciocinio com incerteza e algoritmos geneticos, na busca pela melhor solucao para o problema de correspondencia de pontos multiplos entre imagens. 0 modelo propoe a extracao de um conjunto de caracteristicas de cada ponto e de seus vizinhos, consistindo de informacao contextual (area) e estrutural (tokens). A similaridade e verificada pela comparacao de tais caracteristicas, do ponto de referencia para os pontos candidatos a correspondencia, usando-se medidas de similaridade. Estas medidas sao transformadas em probabilidades basicas (massas) ou crencas, que indicam o grau de certeza de um ponto corresponder a uma referencia, segundo cada caracteristica (ou evidencia). Um processo iterativo e proposto para alterar a convergencia da correspondencia no caso da existencia de problemas provenientes do processo de aquisicao das imagens, como por exemplo, a oclusao. Tambem propoe-se a correspondencia simultanea de N pontos, utilizando as mesmas evidencias de similaridade. 0 uso de N pontos, introduz uma nova restricao no problema a coerencia estrutural entre as regioes poligonais (ou metaobjetos), que emergem da interconexao dos pontos. Esta restricao esta relacionada com as caracteristicas geometricas dos meta-objetos. Assim, no processo de correspondencia, alem de ser necessario satisfazer as restricoes estabelecidas por Marr (1982), os pontos candidatos juntos devem formar uma regiao poligonal, semelhante aquela formada pelos pontos de referencia. A complexidade aumenta com o aumento do numero de pontos simultaneos considerados, implicando em caracteristicas geometricas mais complexas que podem aumentar a seletividade das possibilidades de correspondencia. 0 espaco de busca pelos pontos correspondentes depende do numero dos possiveis pontos candidatos por vertice, tornando complexo o processo de correspondencia, 0 modelo proposto usa um algoritmo genetico para realizar esta tarefa, considerando as evidencias de similaridade adotadas para compor a funcao de avaliacao por minimizacao ou por maximizacao, incorporando as restricoes do problema. Para otimizar o tempo de processamento, propoe-se tambem a utilizacao de um algoritmo genetico paralelo em modelo de ilha. Neste modelo, varias populacoes diferentes evoluem separadamente, havendo migracao de individuos entre as populacoes. Sao apresentados resultados da execucao do modelo com algoritmo genetico sequencial e paralelo, sobre imagens reais, mostrando a adequacao do modelo tratado nesta para o problema de correspondencia em questao. ABSTRACT: This thesis proposes a hierarchical point wise approach to the correspondence problem in stereopsis, using a hybridization of reasoning under uncertainty and genetic algorithms for establishing the best solution, in a simultaneous multi point approach. The proposed model extracts a set of features from the point and its neighborhood, consisting of both context (area) and structural (token) information. Similarity is measured by comparison of such features, from the reference to the candidate points. The measurements are then assigned basic probabilities or mass, indicating the confidence degree (belief) a point corresponds to a reference. Simultaneous correspondence is also proposed for N points, under the same similarity criteria. The use of N points permits the adoption of a new constraint to the problem, resulting from the polygonal region (or meta-object) generated by the interconnection of the points. This constraint is stated as the structural coherence, related to the geometric features of the resulting meta-object. Then, besides satisfying the constraints stated in Marr (1982), the candidate points all together must form a similar polygonal region to that of the reference points. The larger is the number of simultaneous points taken, the more complex is the meta-object to be searched. Complexity of the objects implies complex geometric features, which can increase selectivity of possible correspondences. The search space depends upon the number of candidates for each individual point; thus it can be a very large space. The proposed model uses a genetic algorithm for searching such space, taking into account the similarity criteria adopted, to formulate the fitness function that can be minimized or maximized, and incorporates the constraints of the problem. The island model genetic algorithm is used to provide fast processing to the whole correspondence task. This model consists in the simultaneous evolution of several different populations, with the migration of individuals among them. Thus, different regions of the search space are exploited and the best individual solutions can be exchanged. Some experimental results, using sequential and parallel genetic algorithms, are presented to show the adequacy of the model to the correspondence problem at hand.
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2000
Geocodificação automática de imagens de radar de abertura sintética interferométrico: sistema Geo-InSAR
Mura, J. C.
INPE-8209-TDI/764
Monteiro, Antonio Miguel Vieira (presidente/orientador)
Moreira, João Roberto (orientador)
Dutra, Luciano Vieira
Fonseca, Leila Maria Garcia
Fernandes, David
Orgambide, Alejandro César Frery
2000-08-28
O processo de geração de produtos cartográficos, a partir de imagens de Radar de Abertura Sintética Aerotransportado, "Synthetic Aperture Radar" (SAR), utilizando a técnica de Interferometria SAR (InSAR), pode ser dividido em duas partes. A primeira parte trata do Processamento SAR Interferométrico, onde é gerada a imagem SAR e o interferograma. A segunda parte trata da Geocodificação InSAR, onde é gerada a orto-imagem SAR e o Modelo Numérico de Terreno (MNT). A primeira parte é realizada no modo automático, e a segunda parte no modo semi-automático, pois a etapa de calibração de fase ainda requer certos cuidados do operador. A calibração de fase está relacionada à estimativa do "offset" de fase associado a cada interferograma. Este "offset" pode ser determinado através do uso de pontos de controle, refletores de canto, que é um meio caro e nem sempre disponível, ou através de métodos já existentes mas pouco eficientes computacionalmente. Esta tese apresenta a concepção, equacionamento, implementação e teste de um novo método para calibração de fase, que viabiliza a automatização do processo de Geocodificação InSAR. O novo método utiliza dois interferogramas, adquiridos em direções opostas de vôo, com uma região de sobreposição entre eles. O método baseia-se na construção de funções que relacionam "offset" de fase com altitude, em um conjunto de pontos na região de sobreposição entre os dois interferogramas. Para cada ponto, relaciona-se a função de "offset" do primeiro, com a função de "offset" do segundo, através de um processo de interpolação. Este conjunto de novas funções apresentam um ponto de cruzamento, de onde é possível estimar os valores dos "offset" de fase dos dois interferogramas. Resultados baseados em dados reais de mapeamento, utilizados no Projeto de Transposição de Águas do Rio São Francisco, são apresentados, mostrando a viabilidade do processo automático de Geocodificação InSAR. O novo método de calibração de fase, mostrou-se robusto e cerca de 20 vezes mais rápido que o método equivalente conhecido, e o processo de Geocodificação InSAR cerca de 3 vezes mais rápido, quando se utilizou o novo método. O uso deste novo método mostra que é possível reduzir o número de pontos de controle, reduzir o tempo de processamento, e por conseqüência, reduzir os custos de um projeto de produção cartográfica baseado em radargrametria. ABSTRACT: The generation of high resolution topographic map from airborne InSAR data, involves two processing parts, the Interferometric SAR processing and the InSAR Geocoding. The first part can be done in the automatic mode, because the algorithms involved are efficient and well known. In the second part, the phase calibration is the critical processing step, and the algorithm that has been used to do that is not efficient. The aim of this thesis, is an efficient method to estimate the phase offset, in order to calibrate the interferometric phase, to make the automatic InSAR Geocoding feasible. The proposed method for phase calibration, uses a pair of overlapped interferograms acquired in opposite flight direction. Functions between phase offset and heights for both interferogram are built, in a set of points in the overlapped area. For each point, the offset function of the first interferogram can be interpolated with the corresponding offset function of the second interferogram. This operation can be done for a set of points. The intersection of these interpolated functions, or crossing points, gives the estimated phase offset for both interferograms. The performance of this method has been tested with airborne InSAR data, acquired during the São Francisco mission in Brazil, and comparison of the results using corner reflectors are presented. The proposed method for phase calibration is 20 times faster then the equivalent one, and presents the same results in terms of accuracy. Extensive experimental results are provided, in order to confirm the feasibility of the automatic InSAR Geocoding procedure, using the proposed method for phase calibration. The Digital Elevation Models generated from interferometric phase, calibrated by using control points and also by using the new method, are compared. The automatic InSAR Geocoding process is 3 times faster when the new method for phase calibration is used, instead of the equivalent one. The use of the proposed method for phase calibration, shows that it is possible to decrease the number of the corner reflector in a mapping process, decreasing the cost of this process.
Full text: yes
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Simulação de escoamentos incompressíveis tridimensionais com uso da abordagem baseada no circuncentro
Pereira Filho, N.
INPE--TDI/
Campos Velho, Haroldo Fraga de (presidente)
Travelho, Jerônimo dos Santos (orientador)
Ramos, Fernando Manoel
Cardoso, Sebastião
Pimenta, Amilcar Porto
2000-03-29
O objetivo deste trabalho é mostrar a aplicabilidade da Abordagem Baseada no Circuncentro em problemas de convecção-difusão. Para isto foi estudado um problema central em mecânica dos fluidos que é o escoamento incompressível. Utilizou-se um arranjo de variáveis co-localizadas nos centróides de células prismáticas baseadas em malhas não estruturadas. Os códigos resultantes são simples e flexíveis. O método foi validado com problemas de escoamento desenvolvido e em desenvolvimento na entrada de dutos de seção circular e quadrada. Obteve-se boa concordância com os resultados analíticos mesmo em malhas relativamente grosseiras. ABSTRACT: The main objective of this work is to show the applicability of the Circumcenter Based Approach in convection-diffusion problems. To accomplish this task, a central fluid mechanics problem, namely the incompressible flow, was studied. The variables were collocated at the centroids of prismatic cells based on unstructured triangular meshes. The resulting codes are simple and flexible. The method was against the developed and developing flows inside circular and square cross-section ducts. The results show good agreement with the analytical solutions even on relatively coarse meshes.
Full text: no
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Melhoramentos no algoritmo genético construtivo e novas aplicações em problemas de agrupamento
Ribeiro Filho, G.
INPE-8432-TDI/774
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (orientador)
Sandri, Sandra Aparecida
Yanasse, Horácio Hideki
Oliveira, Pedro Paulo Balbi de
Scrich, Cintia Rigão
2000-12-06
Os Algoritmos Evolutivos são tema de estudo há décadas e se baseiam na evolução através de gerações de populações cujos indivíduos são estruturas que representam possíveis soluções de um problema. Os chamados Algoritmos Genéticos estão nesse grupo de algoritmos e sua eficácia na aplicação a problemas de otimização combinatória está registrada em muitos trabalhos científicos. Recentemente tem sido objeto de estudo o Algoritmo Genético Construtivo (AGC), que trabalha com uma população de tamanho variável ao longo das gerações, não somente formada por estruturas, mas também por partes de estruturas. Este trabalho contribui com esse estudo apresentando uma adaptação do AGC para trabalhar com uma população formada apenas por partes de estruturas, criando estruturas não somente através da combinação dessas partes, mas também com complementação das partes selecionadas, e ainda utilizando um processo de busca local como mutação aplicada às estruturas. O processo mantém salva apenas a melhor estrutura eventualmente formada com a combinação ou complementação das partes na população. O estudo foi feito com a aplicação do AGC a três problemas de otimização muito estudados: Coloração de Grafos, Projeto de Células de Manufatura e Formação de Horários Escolares. O problema de Coloração de Grafos tem muitas aplicações práticas, essencialmente na formação de grupos de objetos sem incompatibilidades entre si. O problema de Projeto de Células de Manufatura está presente em ambientes de produção de peças utilizando máquinas, tratando de agrupar essas máquinas de modo a criar células de produção em que peças são completamente produzidas dentro da célula, evitando o transporte de produtos semi-acabados. O problema de Formação de Horários Escolares (Timetabling)tem importância evidente em instituições de ensino e sua automação se justifica por uma constante e cíclica demanda. Todos os problemas estudados foram considerados como problemas de formação de agrupamentos. O código do AGC foi escrito especificamente para cada problema a partir de uma estrutura básica e foi executado em microcomputadores e estações de trabalho, produzindo bons resultados para instâncias tomadas da literatura, criadas para testes ou mesmo instâncias reais. ABSTRACT: Evolutionary Algorithms has been a research subject for decades and are based on evolving populations of possible solutions for a problem along generations. Genetic Algorithms belong to this group and many scientific works have registered their efficiency applied to combinatorial optimization problems. Recently, the Constructive Genetic Algorithm (CGA)has been studied. This algorithm works with a variable size population over the generations, the population is formed not only by complete problem solutions but also problem solutions parts. This work contributes to the study of such algorithm by introducing a CGA adaptation that works with populations composed only by solution parts, creating complete solution not only by parts combination by also by parts complementation, and finally using a local search method as a mutation process over the complete solutions. This process keeps the best solution eventually found. The study was made using three very known optimization problems: Graph Coloring, Manufacturing Cell Design and School Timetabling. The Graph Coloring problem has many practical applications. It can be applied every time a set formed by objects with some incompatibility among its elements has to be partitioned into subsets with no incompatibilities inside. The Manufacturing Cell Design problem importance resides in planning environments to produce parts using machines, forming machine cells to completely produce parts, reducing the movement of non-completely produced parts. The School Timetabling problem has obvious importance for education institutions and its cyclic demand justify automation by using algorithms. All problems considered were seen as clustering problems. The AGC code was specifically written for each problem using a common base and was executed in microcomputers and workstations, producing good results for test instances taken from the literature, instances specially created for tests, and instances taken from the real word.
Full text: yes
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Sistema para visualização de informações cartográficas para planejamento urbano
Robbi, C.
INPE-7890-TDI/739
Dias, Luiz Alberto Vieira (presidente/orientador)
Stephany, Stephan (co-orientador)
Banon, Gerald Jean Francis
Decanini, Monica Modesta Santos
Sawyer, Diana Reiko Tutiya Oya
2000-03-31
A conceituacao teorica de um sistema para visualizacao de informacoes cartograficas, e a implementacao de um prototipo que permite, a geracao de mapas tematicos e a consulta interativa e animacao de mapas sao apresentados nesta tese. O sistema foi desenvolvido para fornecer aos urbanistas ferramentas para a elaboracao de Planos Diretores, de acordo com a metodologia para Planos Diretores adotada no Estado do Parana. Devido a grande quantidade de informacoes sobre o espaco urbano analisadas pelos urbanistas, os principais objetivos do sistema sao permitir 1)a producao de mapas tematicos num ambiente computacional; e 2)a analise das diferentes caracteristicas dos dados representados nos mapas, utilizando ferramentas para consulta interativa e animacao. Num sistema de visualizacao cartografica as analises espaciais sao realizadas sobre os mapas construidos pelos usuarios. Considerando que os usuarios do sistema nao sao necessariamente cartografos, e que a eficiencia das analises espaciais dependem da qualidade dos mapas tematicos utilizados, o sistema auxilia o usuario a construir os mapas de acordo com os principios de projeto cartografico. As etapas de trabalho desta tese seguiram os niveis de abstracao utilizados no desenvolvimento de sistemas de software. Assim, inicialmente foram definidos o dominio do problema e as responsabilidades do sistema, significando o estudo da metodologia para Planos Diretores. Com base nesse conhecimento foi desenvolvido o modelo conceitual do sistema, no qual estao definidos o modelo dos requisitos e o modelo de analise orientada a objetos. A ultima etapa foi a implementacao do prototipo a partir do software SPRING. ABSTRACT: The conception of a visualization system and the implementation of a prototype for mapping thematic information and creating interactive and animated maps are presented on this dissertation. The system was designed in order to provide urban planners with cartographic tools that aid in the development of Municipal Master Plans. This system was customized for the Municipal Master Plan design process in the state of Parana, Brazil. Due to the great amount of thematic information handled by urban planners, the major goals of this system are to allow them to produce thematic maps in a computer environment, and to permit them to analyze the different characteristics of the data represented on these maps using querying and animation tools. The spatial analyses developed with a visualization system are accomplished based on the maps built by the users. Because the users of a visualization system for urban planning are not necessarily cartographers and, consequently, may not know the fundamentals of map design, the system provides them with tools for making maps in accordance with the principles of cartographic design. The development of this system followed a software engineering approach, in which a series of models are built. Firstly, the problem domain and the system responsibilities were defined by studying Municipal Master Plan methodology adopted in the state of Parana. Based upon this, the requirements model and object-oriented analysis model were developed. The last task Was to implement the prototype in a GIS software, named SPRING, that has been developed in INPE, Brazil, using the Visual C++ software in a PC environment.
Full text: yes
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Um ambiente integrado para o apoio ao desenvolvimento e gestão de projetos de software para sistemas de controle de satélite
Sant'Anna, N.
INPE-8306-TDI/765
Nakanishi, Tatuo (presidente/orientador)
Cunha, Joao Bosco Schumann (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Spinola, Mauro de Mesquita
2000-09-15
Dez anos se passaram desde que o INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais foi bem sucedido na adoção de técnicas de engenharia de software (Cunha e Nakanishil993)quando na construção do primeiro sistema de software para controle de satélites, o SICS - SCD1. Entre outras técnicas, a garantia da qualidade, o controle das modificações /configuração e a estruturação das equipes em ambientes controlados eram sempre mencionados pela comunidade científica, como elementos fundamentais para uma boa gerência. A Engenharia de software se expandiu muito desde então, com novas abordagens como o ""Capability Maturity Model"" (SEI/CMM)e o ""Software Process Improvement and Capability Determination"" (ISO/SPICE). Além destas abordagens, normas foram publicadas e aceitas pela comunidade de desenvolvimento de software como a ISO/IEC 12207 e a ISO 9000-3. Atualmente as organizações modernas responsáveis pela construção de software confiável e de missão crítica estão preocupadas, cada vez mais, em tornar seus processos mais eficientes. Apenas a adoção de normas e das abordagens apresentadas acima, não garante a eficiência ideal para os processos. Este trabalho discute como o trabalho cooperativo e distribuído (Web/lnternet), a gestão integrada do conhecimento e dos eventos ocorridos nos projetos, a participação ativa de agentes autônomos computacionais poderão tornar estes processos mais eficientes. Baseado em uma abordagem evolutiva de processos suportados, é proposto um ambiente a ser construído aos passos, suportando novos processos, de acordo com os objetivos organizacionais. Além dos elementos que compõem a arquitetura conceitual, um protótipo de uma parte do ambiente está em desenvolvimento no Laboratório de Computação e Matemática Aplicada (INPE/LAC)para melhorar o suporte existente ao desenvolvimento de projetos futuros de sistemas de software para controle de satélites. ABSTRACT: Ten years were passed since National Institute for Space Research (INPE)has well succeeded adopting software engineering techniques in the construction of the first satellite control software systems, the SICS - SCD1. Among other techniques, quality assurance, version control and organized teams in controlled environments were always mentioned in technical literature, as fundamental elements for a good software management. Software Engineering has expanded, since then, with proposal of new models such as Capability Maturity Model (SEI-CMM)and Software Process Improvement and Capability Determination (ISO-SPICE). In addition to these models, the standards ISO/IEC 12207 and ISO 9000-3 were published and widely accepted by the software development community. Nowadays, modern organizations, responsible for the construction of reliable and mission critical software are corcerned about improving the efficiency of their development process. The simple adoption of the standards and models presented above does not guarantee this efficiency. This work presents a cooperative and integrated environment using Web/Internet and other concepts such as the integrated administration of the knowledge and the participation of active autonomous agents, that significantly improve the processes involved. Based on an evolutionary approach, an ""Environment"" is proposed to be built in steps, in agreement with the organizational objectives. Besides the elements that compose the conceptual architecture, a prototype of this environment is shown. This prototype is under development at Laboratory for Computing and Applied Mathematics (INPE/LAC)to improve the development of satellite control software systems.
Full text: yes
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2001
Uma arquitetura flexível e dinâmica para objetos distribuídos aplicada ao software de controle de satélites
Ferreira, M. G. V.
INPE-8602-TDI/787
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Nakanishi, Tatuo (orientador)
Cunha, João Bosco Schumann (co-orientador)
Ning, Carlos Ho Shih
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Madeira, Edmundo Roberto Mauro
2001-03-23
O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), desde sua criação, tem concentrado esforços no desenvolvimento tecnológico-espacial. Na década de 80 foi criado o primeiro projeto que previa o lançamento de quatro satélites brasileiros dentro da Missão Espacial Completa Brasileira (MECB). Parte dessa meta já foi alcançada com o lançamento dos satélites SCD1 (Sistema de Coleta de Dados 1), em 1993, e SCD2 (Sistema de Coleta de Dados 2)em 1998. A complexidade inerente à qualquer missão espacial, aliada à evolução tecnológica empregada em cada novo satélite construído, propicia o desenvolvimento de aplicativos cada vez mais complexos, empregados no controle da missão. O avanço da eletrônica tem aprimorado o desenvolvimento de satélites, e o surgimento de novas tecnologias de desenvolvimento de software tem contribuído para a criação de aplicativos cada vez mais robustos e flexíveis. A tecnologia de distribuição pode ser um exemplo desta evolução tecnológica e pode contribuir de forma significativa na maneira de se projetar, desenvolver e manter sistemas de informações corporativas. Enfim, as mudanças tecnológicas surgidas no desenvolvimento de software podem ser agregadas aos novos aplicativos desenvolvidos para controle de satélites, portanto, sem nenhum demérito, o desenvolvimento de software, tem cada vez mais, assumido o papel de coadjuvante para a alavancagem da tecnologia espacial. Os aplicativos de solo e bordo utilizados no controle e monitoração de um satélite deverão ser flexíveis e robustos para se adaptar à evolução tecnológica desta área. Seguindo os rumos destas inovações tecnológicas, tanto na área espacial quanto na área de desenvolvimento de softwares, o presente trabalho de pesquisa propõe ""Uma arquitetura flexível e dinâmica para objetos distribuídos aplicada ao Software de Controle de Satélites."" ABSTRACT: The National Institute for Space Research (INPE)since its establishment has concentrated its efforts on the spacial technological development. The first project that would foresee the launching of four brazilian satellites under the Brasilian Total Spacial Mission, was created in the eighties. Part of that goal has already been achieved from the launching of the following satellites: Data Collecting System 1 (DCS 1), in 1993 and Data Collecting System 2 (DCS 2)in 1998. The complexity inherent in any spacial mission together with the technological development used in each new satellite manufacturing, favors the development of more and more complex applications used to control the mission. The electronics progress has improved satellites development as well as the new technologies of software development have contributed to create applications mode and more robust and flexible. The distribution technology may be a sample of this technological development and may contribute significantly towards projecting, developing and maintaining corporate information systems. Thus, the technological changes that have appeared in software development can be joined to the new applications developed to control satellites, so, the software development has more and more cooperated to the spacial technology improvement, the board and ground applications used to control and monitor a satellite must be flexible and robust to adapt themselves to this area technological development. According to the direction of these technological innovations, both in the spacial area and the software development one, this research job proposes ""A flexible and dynamic architecture to distributed objects applied to satellites control software.
Full text: yes
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Industrial pattern seguencing problems: some complexity results and new local search models
Linhares, A.
INPE-10470-TDI/930
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (presidente)
Yanasse, Horacio Hideki (orientador)
Soma, Nei Yoshihiro
Torreão, José Ricardo de Almeida
Maculan, Nelson
2001-05-17
Nesta tese nós exploramos alguns problemas industriais originários de tarefas tão distintas quanto a programação de uma máquina flexível, o projeto de circuitos integrados VLSI e o sequenciamento de padrões de corte. Desta última tarefa provêm o problema de minimização de pilhas em aberto que é o principal foco do estudo. Alguns resultados de complexidade são apresentados para estes problemas estabelecendo-se uma conexão entre áreas que previamente não pareciam estar relacionadas. Novos modelos de busca local também são apresentados para lidar com estes problemas e sua eficácia é medida por comparações com resultados previamente estabelecidos na literatura. O primeiro método é derivado do algoritmo de simulated annealing trazendo conceitos da física estatística. O segunto método expande estas idéias, propondo um modelo coletivo baseado em dois princípios: (i) a exploração do espaço de soluções exibindo uma busca simultaneamente intensiva e distribuída e, (ii) a concentração da busca em proporção com a qualidade percebida em cada região. São também introduzidos novos métodos essenciais para dar suporte ao modelo, como políticas de coordenação (dos processos de busca) e métricas de distâncias. ABSTRACT: In this thesis we explore some industrial pattern sequencing problems arising in settings as distinct as the scheduling of flexible machines, the design of VLSI circuits, and the sequencing of cutting patterns. This latter setting presents us the minimization of open stacks problem, which is the main focus of our study. Some complexity results are presented for these sequencing problems, establishing a surprising connection between previously unrelated fields. New local search methods are also presented to deal with these problems, and their effectiveness is evaluated by comparisons with results previously obtained in the literature. The first method is derived from the simulated annealing algorithm, bringing new ideas from statistical physics. The second method advances these ideas, by proposing a collective search model based on two themes: (i) to explore the search space while simultaneously exhibiting search intensity and search diversity, and (ii) to explore the search space in proportion to the perceived quality of each region. Some preliminaries, given by coordination policies (to guide the search processes) and distance metrics, are introduced to support the model.
Full text: yes
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Novas abordagens em assililação de dados meteorológicos
Nowosad, A. G.
INPE-8481-TDI/779
Travelho, Jerônimo dos Santos (presidente)
Velho, Haroldo Fraga de Campos (orientador)
Rios Neto, Atair (co-orientador)
Dias, Pedro Leite da Silva
Carvalho, André Ponce de Leon F. de
Todling, Ricardo
2001-03-14
Esta tese examina duas novas abordagens para o problema de assimilação de dados atmosféricos, o uso de um Filtro de Kalman Estendido Adaptativo e Redes Neurais de Perceptrons Multicamadas. Primeiro, o Filtro de Kalman Estendido Adaptativo é usado para assimilação de dados em três sistemas dinâmicos não-lineares: sistema de tempo discreto caótico de Hérion, equação diferencial caótica de Lorenz e modelo computacional DYNAMO para a atmosfera. Esta abordagem não requereu que o erro de modelagem fosse estacionário e usa um filtro de Kalman linear para estimar este erro. Este método foi comparado aos métodos usando transformada de Laplace, Filtro de Kalman Estendido e Linear. A conclusão foi que somente o Filtro de Kalman Estendido Adaptativo pôde ser usado com confiabilidade em todos os sistemas. Segundo, Redes Neurais de Perceptrons Multicamadas foram usadas para assimilação de dados nos mesmos sistemas dinâmicos. Nesta abordagem a rede é treinada para "emular" assimilação de dados Filtro de Kalman, com o objetivo de evitar recálculo da matriz de ganho a cada instante de assimilação. Um novo procedimento para treinar as redes também foi proposto, baseado numa modificação do algoritmo de retropropagação. Resultados de testes encorajadores são mostrados. Mostrou-se também que para sistemas de alta dimensão as redes treinadas podem ser computacionalmente mais rápidas que os filtros de Kalman. ABSTRACT: This thesis examines two new approaches to the problem of atmospheric data assimilation, the use of an Adaptive Extended Kalman Filter and Multilayer Perceptron Neural Networks. Firstly, the Adaptive Extended Kalman Filter is used for data assimilation in three nonlinear dynamical systems: 1-16non discrete-time chaotic dynamic system,Lorenz chaotic differential equation and computational model DYNAMO for the atmosphere. This approach does not require the modelling error to be stationary and-uses a linear Kalman filter to estimate this error. For the last two systems this method has been compared to the methods using Laplace Transform, Linear and Extended Kalman Filter. The conclusion has been that only the Adaptive Extended Kalman Filter could be used reliably in all systems. Secondly, Multilayer Perceptron Neural Networks have been used for data assimilation in the same dynamic systems. In this approach the network is trained to "emulate" Kalman Filter data assimilation method with the objective of avoiding recalculation of the gain matrix at each instant of assimilation. A new prodedure for training the networks has also been proposed, based on a modification in the backpropagation algorithm. Encouraging test results are shown. It has also been shown that for high-dimensional systems the trained networks can be computationally faster than the Kalman filters.
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2002
Heurística de localizacão-alocacão para problemas de localizacão de facilidades
Arakaki, R. G. I.
INPE-9572-TDI/837
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (orientador)
Yanasse, Horácio Hideki
Nagano, Marcelo Seido
Scrich, Cintia Rigão
2002-03-25
Neste trabalho foi desenvolvida uma nova heurística de localizacão-alocacão (HLA) para problemas de localizacão de facilidades. Em tais problemas a questão central é localizar um objeto (ou objetos) que são chamados de facilidades e minimizar o custo de localizar esta facilidade. A HLA foi aplicada a dois problemas: o Problema de Localizacão de Máxima Cobertura (PLMC) e o Problema das P-Medianas Capacitado (PMC) com o intuito de uma possível integracão a um Sistema de Informacões Geográficas (SIG). A HLA basea-se na formacão de agrupamentos (clusters) e na possiblidade de melhorá-los (em relacão a algum objetivo). Uma bateria de problemas testes foi escolhida para validar a HLA. Bons resultados foram encontrados tanto para problemas pequenos como para problemas grandes (para o PLMC) e para os problemas pequenos (para o PMC). Ainda foi feita uma aplicacão da HLA como processo de mutacão dentro do Algoritmo Genético Construtivo, para os mesmos problemas. Conclui-se que a HLA, sendo uma heurística de simples implementacão é rápida e bastante eficiente portanto indicada para ser integrada aos SIG. ABSTRACT: New location-allocation heuristic (LAH) algorithms applied in facility location problems are presented in this thesis. Such algorithms approach is based on clustering and its main objective is to find out a facility (object) in a space by minimizing a function. The LAH developed throughout this work was employed in two problems: the first problem is the Maximal Covering Location Problem (MCLP) and the second one is the Capacitated p-Median Problems (CPMP) with the purpose of a possible integration to Geographic Information Systems (GIS). A set of test problems was chosen to validate this LAH. Good results were obtained for small and large-scale problems in MCLP cases. Good results were also obtained for small-scale problems in CPMP cases. The LAH were also applied as a mutation process in Constructive Genetic Algorithms for the same problems. The good results demonstrate that LAH, being quick and fast, may be usefully applicable to GIS.
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Dinâmica de fluidos em domínios fractais
Doescher, E.
INPE-10525-TDI/934
Travelho, Jerônimo dos Santos (presidente)
Campos Velho, Haroldo Fraga de (orientador)
Ramos, Fernando Manuel (co-orientador)
Maliska, Clóvis Raimundo
Claeyssen, Júlio Cezar Ruiz
Sampaio, Rubens
2002-03-26
A geometria fractal tem sido usada com sucesso para representar geometrias complexas que aparecem na natureza. Nos últimos anos também tem sido aplicada para simular domínios complexos. Neste trabalho, são analisadas as alterações no escoamento de um fluído pela introdução de um domínio fractal. A cavidade quadrada é considerada como domínio base, onde três dos lados são substituídos por pré-fractais da curva quadrada de Koch. Simulações são realizadas para escoamentos isotérmicos e não isotérmicos, utilizando o método de volumes finitos. Um esquema para verificar a condição de compatibilidade em malhas não estruturadas é apresentado. Os resultados são analisados por meio dos seguintes indicadores: energia cinética média no domínio em função do número de Reynolds- valores da energia cinética no estado estacionáxio, em alguns pontos do domínio, em função do número de Reynolds; superfície e isolinhas da vorticidade para o escoamento isotérmico; superfície e isolinhas da temperatura para o escoamento não isotérmico; análise do espectro e o espaço de fase da evolução da energia cinética média para escoamentos não isotérmicos. Foram detectados comportamentos não esperados na energia cinética média nas cavidades com geometria fractal e os espaços de fase indicaram possíveis estruturas de atratores estranhos. ABSTRACT: Fractal geometry has been successfúlly used to represent complex geometries appearing in the nature. In the last years it has also been applied to simulate complex domains. In this work, the impact on the fluid flow is analyzed with the introducing of the fractalization of the domain. The square cavity is onsidered as base domain, where, the sides are replaced by pre-fractais of the Koch square curve. Simulations are carried out for the isothermal and non-isothermal flows, using the method of finite volume. A scheme to verify the compability condition for the unstructured grids is presented. The results are analyzed by means of the indicators: domain average of the kinetie energy as a fúnction of the Reynolds number; values of the kinetic energy in the stationary state, at some points in the domain, as a function of the Reynolds number; surfáce and contour lines of the vorticity for the isothermal flow; surfáce and contour lines of the temperature for the non-isothermal flow; analysis of the spectrum and the space of phase of the evolution of the average kinetic energy for non-isothermal flow. Unexpected behaviour ín the average kinetic energy in the cavity with fractal geometry had been detected. The phase space had indicated possible structures of strange attractors.
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Modelagem bidimensional de escoamentos viscosos incompressíveis com malhas não estruturadas utilizando a abordagem baseada no circuncentro
Fazenda, Á. L.
INPE-8980-TDI/811
Velho, Haroldo Fraga de Campos (presidente)
Travelho, Jerônimo dos Santos (orientador)
Júnior, Leonardo Goldstein
Júnior, João Andrade de Carvalho
Oliveira, Antônio Marmo de
2002-02-27
Uma possível abordagem para modelagem de problemas bidimensionais envolvendo convecção e difusão em esquemas centrados na célula para malhas não-estruturadas consiste no uso do circuncentro. Neste caso, utiliza-se o método de volumes finitos com um arranjo de variáveis co-localizado (no círculo escrito que passa pelos vértices de uma célula triangular). Os testes computacionais foram realizados em problemas clássicos de escoamento incompressível em duas dimensões como o escoamento em desenvolvimento entre placas planas (Poiseuille Flow), escoamento em uma cavidade (Lid-Driven Cavity)e o escoamento em um degrau com expansão súbita (Backward-facing step). Também foram obtidos resultados para convecção natural utilizando a aproximação de Boussinesq. O método mostrou-se simples e flexível, sendo que seus resultados apresentam boa concordância com estimativas analíticas, experimentais e numéricas disponíveis, dependendo do teste envolvido . ABSTRACT: A possible approach for modeling two-dimensional convection-diffusion problems in a Cell-Centered scheme with unstructured triangular grid is the use of the Circumcenter, that is the center of the circumference that pass through the vertices of the triangular volume. This point is used to calculate all variables involved in the numerical simulation, and a Finite Volume Method was use to discretize the equations of an Incompressible Viscous Flow. This work analyzes classical problems of bidimentional flow like the inlet region of a Poiseuille flow, lid-driven cavity, backward-facing step and free convection with Boussinesq approximation. The application of the method has showed to be a simple and flexible scheme, and the results fits the analytical, experimental or numeric data presents in the literature.
Full text: yes
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Global projection of Rangel: um sistema de projeção do globo terrestre sobre um elipsóide
Rangel, R. R.
INPE-9559-TDI/834
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Cunha, João Bosco Schumann (orientador)
Nakanishi, Tatuo (co-orientador)
Sant'Anna, Nilson
Diniz, Noris Costa
Galvão, Maria Elisa Lopes
2002-09-12
Este trabalho propõe uma nova metodologia matemática para a representação do globo terrestre sobre um elipsóide, capaz de viabilizar equações para o tratamento de posições geodésicas, georreferência e determinação de distâncias e ângulos, com precisão variável e continuidade das informações em todas as partes do elipsóide. O estudo foi desenvolvido com o intuito de se criar um mecanismo de projeção, em três dimensões, que tenha condições de eliminar ou reduzir as limitações encontradas nos atuais sistemas de projeção cartográfica, tais como a Universal Transverse of Mercator e a Cônica de Lambert. As equações matemáticas foram implementadas e testadas em ambiente computacional. Os resultados foram apresentados estatisticamente e demonstraram que este sistema de projeção consegue proporcionar simultaneamente precisão em altitude, azimute e distância, com erros médios extremamente pequenos, tornando-se aplicável em todas as escalas de mapeamento. ABSTRACT: This work proposes a new mathematical methodology to represent the terrestrial globe on an ellipsoid, capable of offering equations for dealing geodetic positions, georeference, and distance and bearings determination, with variable precision and continuity of information in whole ellipsoid. The study has been developed with the intention of creating a projection mechanism, in three dimensions, able to reduce or eliminate all found limitations in actual cartographic projection systems, as Universal Transverse of Mercator and Conical of Lambert. All mathematical equations have been implemented and tested in computational environment. The results were statistically presented and have demonstrated that this projection system can provide simultaneously altitude, bearings and distance precision, with minimal average errors, being applicable in all scale mappings.
Full text: yes |
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Otimização extrema generalizada: um novo algoritmo estocástico para o projeto ótimo
Sousa, F. L.
INPE-9564-TDI/836
Silva, José Demisio Simões da (presidente)
Ramos, Fernando Manuel (orientador)
Rosa, Reinaldo Roberto
Lorena, Luiz Antônio Nogueira
Lourenção, Paulo Tadeu de Mello
Barbosa, Hélio José Corrêa
Silva Neto, Antonio José da
2002-09-03
Neste trabalho uma nova ferramenta numérica para uso na otimização de projetos é apresentada. Baseada na teoria da Criticalidade Auto-Organizada (Self-Organized Criticality - SOC), ela destina-se a ser utilizada em problemas de otimização que apresentem características complexas, como a presença de um espaço de projeto não convexo ou mesmo disjunto, a existência no mesmo de múltiplas soluções sub-ótimas, severas não linearidades na função objetivo ou nas restrições e a utilização conjunta de variáveis contínuas, inteiras ou discretas. Denominada algoritmo da Otimização Extrema Generalizada (Generalized Extremal Optimization - GEO), ela extende o método da Otimização Extrema (Extremal Optimization - EO)de forma que possa ser aplicada a uma vasta classe de problemas. Embora seja um algoritmo estocástico, ele apresenta apenas um parâmetro livre a ser ajustado, diferentemente de outros algoritmos populares, como o Algoritmo Genético (Genetic Algorithm - GA)e o Recozimento Simulado (Simulated Annealing - SA), que apresentam pelo menos três. Esta é uma vantagem ""a priori"" do GEO sobre o GA e o SA, já que o processo de ajuste dos parâmetros livres para uma dada aplicação é muito menos custosa computacionalmente no GEO do que nestes. O algoritmo da otimização extrema generalizado é aqui apresentado na sua forma canônica e em uma implementação alternativa denominada GEOvar. O desempenho de ambas implementações foi avaliado para um conjunto de funções teste e comparado com versões do GA e do SA, mostrando-se competitivos à estes algoritmos. Utilizado para atacar dois problemas reais de projeto ótimo em engenharia aeroespacial, o algoritmo da otimização extrema generalizado mostrou-se capaz de encontrar soluções de alta qualidade (em alguns casos provavelmente a solução ótima), mesmo partindo de projetos inviáveis. Além disso, ele identificou características destes problemas que não eram intuitivamente óbvias. Do ponto de vista da teoria que inspirou o algoritmo, uma análise preliminar da dinâmica da busca pela solução ótima com o uso do mesmo, mostrou que esta pode apresentar características de SOC. Finalmente, pode-se afirmar que o algoritmo da otimização extrema generalizada mostrou ser um algoritmo com grande potencial à ser incorporado à ""caixa de ferramentas"" numéricas do engenheiro e do cientista. ABSTRACT: In this work a new numerical tool for application on optimal design is presented. Based on the theory of Self-Organized Criticality (SOC), it is intended to be used in problems that present complex characteristics such as a non-convex or even disjoint design space, the presence of multiple sub-optimal solutions on it, severe non-linearities on the objective function or on the constraints and the use of a combination of continuos, discrete and integer variables. Called the Generalized Extremal Optimization algorithm (GEO), it extends the Extremal Optimization (EO)method in a way that it can be readly applied to a broad class of optimal design problems. Altought being a stochastic algorithm, it has only one free parameter to be set, diferently to other popular algorithms, such as the Genetic Algorithm (GA)or the Simulated Annealing (SA), that each have at least three of them. This is an ""a priori"" advantage of the GEO over the GA and the SA, since the setting process of the free parameter would present a lesser computional cost for the GEO than for the others. The generalized extremal optimization algorithm is presented here in its canonical form and in an alternative implementation called GEOvar. The performance of both implementations was assessed for a set of test functions and compared to versions of the GA and SA, showing to be competitive to both algorithms. Used to tackle optimal design problems in aerospace engineering, the generalized extremal optimization algorithm showed to be capable to find high quality solutions (in some cases probably the optimal), even starting from infeasible designs. Moreover, it identified characteristics of these problems that were not intuitively obvious at first sight. From the point of view of the theory that inspired the algorithm, a preliminar analisys of the search dynamics to find the optimal, showed that it can present characteristics of SOC. Finaly, it can be said that the generalized extremal optimization algorithm showed to be a highly potential candidate to be incorporated to the optimization numerical tool box of the engineer and of the scientist.
Full text: yes
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2003
Aeronaves configuradas por controle do tipo preditivo neural
Cardenuto, N. C.
INPE-9878-TDI/874
Ramos, Fernando Manuel (presidente)
Rios Neto, Atair (orientador)
Rosa, Reinaldo Roberto
Carrara, Valdemir
Curvo, Marcelo
Yoneyama, Takashi
2003-03-14
Este trabalho desenvolve e testa uma abordagem de controle de aeronave em manobras não típicas conhecido como "control configured vehicle", ou veículo (aeronave) configurado a controle, onde a abordagem proposta é controle preditivo neural. As manobras não típicas normalmente são obtidas desacoplando modos normalmente acoplados em dinâmica de vôo de aeronaves. A técnica mais usual é a atribuição de auto-estrutura, que trata de alocar simultaneamente autovalores e autovetores, sendo estes determinados de acordo com uma referência pré-estabelecida para o desacoplamento desejado. Na técnica de auto-estrutura, o sistema é linear e seu modelo é conhecido, limitando sua aplicação. A proposta de se utilizar controle preditivo com redes neurais visa obter ao mesmo desacoplamento sem a necessidade do conhecimento do modelo da planta, treinando a rede neural para modelar os modos dinâmicos da aeronave. O desempenho desta abordagem é demonstrado e os resultados são apresentados comparando-se: três redes treinadas, resultados de controle preditivo convencional e neural, gradiente analítico e numérico para a otimização, e horizontes de predição e controle. ABSTRACT: This work develops and tests a predictive neural control technique applied in the aircraft non-typical maneuvers known as the control configured vehicle (CCV). These maneuvers are performed with flight dynamics mode decoupling. The usual approach is the eigenstucture assignment with eigenvalues and eigenvectors placement, which is restricted to a known and linear systems model. The predictive control with neural nets approaches looks at the mode decoupling without the plant model knowledge by using neural net training in order to emulate the aircraft dynamic. The performance of the adopted approach is demonstrated and the results presented by considering and comparing: three neural nets, predictive control and neural predictive control, analytic and numeric gradient in the optimizing calculations, and prediction and control horizons.
Full text: yes
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Educa-Ação: uma metodologia e um modelo para auxiliar a construção de currículos para educação mediada por computador
Cunha, F. B. R. P.
INPE-10564-TDI/939
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso (presidente)
Silva, José Demisio Simões da (orientador)
Oliveira, Carlos Alberto de (orientador - UNITAU)
Carvalho, Solon Venâncio de
Omar, Nizam
Bonini, Luci Mendes de Melo
2003-11-28
Esta tese propõe uma metodologia destinada a apoiar educadores no planejamento e na construção de currículos de cursos e disciplinas a serem ministrados através do computador. A metodologia foi desenvolvida a partir de investigações sobre as relações das áreas educacional e computacional, no contexto da Educação Mediada por Computador (EMC). Na pesquisa foram analisadas as questões pedagógicas e didáticas apropriadas para este segmento educacional, tendo-se como base as teorias interacionistas da Psicologia Cognitiva de Piaget e de Vygotsky. A metodologia objetiva o estabelecimento de uma reflexão sobre as práticas educacionais empregadas na EMC e enfatiza, sempre, a existência de diferenças significativas entre a educação presencial tradicional e a EMC. Desse modo, ela alerta o educador sobre as mudanças que estão ocorrendo no cenário educativo, no que diz respeito à utilização das novas tecnologias e valoriza a redefinição dos termos "ensinar" e "aprender", que estão inseridos neste contexto. A tese apresenta também o modelo de um ambiente computacional denominado EDUCA-AÇÃO, desenvolvido para mostrar a relação da metodologia fundada nas teorias da Educação e da Psicologia Cognitiva com a Ciência da Computação, além de conter a descrição do protótipo EDUCA-AÇÃO, construído para a verificação e validação do emprego da metodologia na solução de problemas reais. ABSTRACT: This thesis purposes a methodology in order to support the educator on the planning and on the construction of his/her educational curriculum for the computer-mediated education. The relationship between the educational and computational areas in the computer- mediated education context was carefully examined for this development. The investigation analyses pedagogical and didactical questions suitable for this educational segment. The Piaget and Vygotsky´s cognitive psychology theories were the basis for these analyses. The methodology aim is to establish a reflection about the educational methods, which have been applied on the computer-mediated education, emphasizing the significant differences between the traditional and the computer-mediated educations. Therefore, it alerts the educator about the changes that are occurring in the educational scenario, related to the use of the new technology, and increases value to the meaning of ?teaching? and ?learning. This thesis also presents a model for a computer environment named EDUCA-AÇÃO, developed to demonstrate the relation of this methodology with the Computer Science area. In addition to all of this, a prototype EDUCA-AÇÃO system was built to verify and validate the application of the methodology in real problem solutions.
Full text: yes
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Modelagem bidimensional de escoamentos incompressíveis utilizando malhas não-estruturada desencontradas
Enari, E. H.
INPE--TDI/
Baldan, Maurício Ribeiro
Travelho, Jerônimo dos Santos
Bastos Netto, Demétrio
Velho, Haroldo Fraga de Campos
Cardoso, Sebastião
Bizarria, Francisco Carlos Parquet
2003-1-03
Full text: no
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Redução do número de padrões em problemas de corte de estoque
Limeira, M. S.
INPE-11896-TDI/966
Becceneri, José Carlos (presidente)
Yanasse, Horácio Hideki (orientador)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira
Soma, Nei Yoshihiro
Neto, Reinaldo Morabito
2003-10-17
Neste trabalho de tese focaliza-se o problema de redução do número mínimo de padrões distintos em problemas de corte de estoque. É feita uma revisão da literatura encontrada sobre este problema e novas heurísticas para este problema são propostas. A primeira heurística proposta compõe-se de três fases. Na primeira fase, padrões são gerados e selecionados se satisfizerem níveis de aspiração pré-estabelecidos. O problema é reduzido e resolvido na segunda fase. Na terceira fase, alguma técnica de redução de padrões é aplicada. Na segunda heurística proposta escalona-se as demandas dos itens por um fator constante e resolve-se o problema resultante. A terceira heurística proposta é uma variante da Heurística 1 com uma pequena mudança na fase 1. A quarta heurística proposta é uma variante do método de redução apresentado por Foerster e Wäscher (1999). Alguns limitantes inferiores para o número mínimo de padrões distintos em uma solução ótima para o problema de corte de estoque também foram propostos. As heurísticas 1, 2 e 3 foram implementadas e testes computacionais foram realizados. Os resultados obtidos dos testes computacionais indicam que as heurísticas implementadas têm bom desempenho em comparação com outras propostas anteriormente na literatura. ABSTRACT: In this thesis we focus on the problem of reducing the number of patterns in cutting stock problems. A review of the literature found on this subject is made and new heuristics for this problem are proposed. The first heuristic proposed is composed of three phases. In the first phase, patterns are generated and chosen if they satisfy some pre-established aspiration levels. The problem is reduced and solved in the second phase. In the third phase, some pattern reduction technique is applied. In the second heuristic proposed we scale the demands of the items by a constant factor and we solve the resulting problem. The third heuristic proposed is a variant of Heuristic 1 with a small modification in phase 1. The fourth heuristic proposed is a variant of the methods of reduction presented by Foerster and Wäscher (1999). Some lower bounds for the minimum possible number of different patterns in an optimal solution for the cutting stock problem were also introduced. Heuristics 1, 2 and 3 were implemented and computational tests were performed. The results obtained from the computational tests indicate that the proposed heuristics have good performance in comparison with previous procedures suggested in the literature.
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Uma teoria de coberturas nebulosas para diagnóstico, investigação e tratamento
Massruhá, S. M. F. S.
INPE-10425-TDI/922
Silva, José Demisio Simões da (presidente)
Sandri, Sandra Aparecida (orientador)
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso
Pedroso Júnior, Moacir
Silva, Flávio Soares Correa da
2003-12-12
Este trabalho tem por objetivo apresentar uma abordagem integrada para diagnóstico, investigação e tratamentos, permitindo organizar os vários tipos de informação gerados nestas etapas durante processo de raciocínio clínico. Nesta nova abordagem, denominada Teoria das Coberturas Nebulosas (TCN), o conhecimento é basicamente modelado através de associações causais e a inferência é abdutiva. Conceitos de Parsimonious Covering Theory (PCT), lógica nebulosa e teoria de decisão são também integrados, de maneira a tratar os vários aspectos inerentes aos processos envolvidos em raciocínio clínico, tais como a possibilidade de diversas desordens estarem conjuntamente causando um conjunto de manifestações, a manipulação de informações temporais, a consideração de condições favoráveis ao desenvolvimento de uma desordem, a incapacidade do especialista em oferecer conhecimento generalizado desprovido de incerteza e/ou imprecisão, a manipulação de fatores cruciais na tomada de decisão nas tarefas de investigação e tratamento como o custo e o risco. A validação do modelo téorico foi realizada em fitopatologia, abordando especificamente a diagnose, investigação e tratamento de doen¸cas de milho. Entretanto, devido a sua generalidade, espera-se que os desenvolvimentos téoricos obtidos possam ser aplicados para resolver problemas de diagn´ostico em outras áreas de conhecimento. ABSTRACT: This work presents an integrated framework for diagnosis, investigation and treatment, allowing the organization of various pieces of information generated in these tasks during a clinical problem-solving process.In this new framework, called Fuzzy Covering Theory (FCT), knowledge is basically modeled through causal associations and inference is abductive. Concepts of Parsimonious Covering Theory (PCT), fuzzy sets logic and decision theory are also integrated, in order to address the various inherent aspects envolved in clinical reasoning, such as the possibility of several disorders to conjunctively cause a series of manifestations, the manipulation of temporal information, the consideration of favorable conditions for the development of a disorder, the incapacity of an expert to yield generalized knowledge devoid of uncertainty/imprecision, the manipulation of crucial factors in decision making in investigation and treatment tasks like cost and risk. The validation of the theoretical model has been performed in hytopathology, specifically, at the diagnosis, investigation and treatment of the corn plants diseases. However, due to its generality, it is expected that the theoretical developments obtained in this work can successfully employed to solve diagnosis problems in other domains.
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Ambiente computacional para modelagem dinâmica espacial
Pedrosa, B. M.
INPE-10288-TDI/907
Monteiro, Antônio Miguel Vieira (presidente)
Câmara Neto, Gilberto (orientador)
Oliveira, João Ricardo de Freitas
Fonseca, Frederico Torres
Casanova, Marco Antonio
2003-08-07
Esta tese apresenta TerraML, um ambiente computacional para modelagem dinâmica espacial para ser usado em aplicações ambientais. TerraML baseia-se num modelo celular de representação do espaço. TerraML utiliza o paradigma de autômatos híbridos para abstrair os elementos contínuos e discretos de um sistema dinâmico. Para capturar ações a distância, TerraML adota o conceito de vizinhança generalizada, implementada como uma matriz de proximidade, definida a partir de cálculos de distâncias entre as células ou a partir de redes de transporte. ABSTRACT: This thesis introduces TerraML, a computational environment for spatial dynamic modeling, to be used in environmental applications. TerraML represents space as a cellular model. In TerraML the discrete and continuous elements of a dynamic system are translated into control modes, flow and jump conditions, based on the hybrid automata theory. In order to capture action-at-a-distance TerraML adopts a generalized neighborhood concept, implemented as a proximity matrix, which can be defined based on the distance between cells or based on transportation networks.
Full text: yes |
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Análise de conjuntos caóticos atrativos e não atrativos em sistemas dinâmicos de baixa e alta dimensão: aplicação para a dinâmica de ondas de plasma na conexão sol - terra
Rempel, E. L.
INPE-14090-TDI/1073
Velho, Haroldo Fraga de Campos (presidente)
Rosa, Reinaldo Roberto (orientador)
Chian, Abraham Chian Long (co-orientador)
Macau, Elbert Einstein Neher (co-orientador)
Ramos, Fernando Manuel
Rizzato, Felipe Barbedo
Pontes, josé da Rocha Miranda
2003-07-28
Nesta tese é feito um estudo numérico sobre a interação entre conjuntos caóticos atrativos e não-atrativos em modelos matemáticos que descrevem a dinâmica de ondas de plasmas na conexão Sol-Terra. O trabalho é dividido em duas partes. Na primeira parte é analisado um sistema dinâmico de baixa dimensão para ondas de Alfvén estacionárias modeladas pela equação Schrödinger não-linear derivativa. Fenômenos não-lineares conhecidos como crises, onde a estrutura de um atrator caótico é alterada subitamente, são caracterizados por meio da verificação da colisão do atrator caótico com uma órbita periódica instável. é mostrado como um atrator caótico após uma crise interior pode ser decomposto em dois conjuntos caóticos não-atrativos, dinamicamente conectados por um conjunto de órbitas periódicas instáveis acopladoras. As implicações deste acoplamento entre dois conjuntos caóticos não-atrativos para a dinâmica intermitente observada em diversos sistemas caótico é discutida. Na segunda parte da tese é feita uma tentativa de avançar o entendimento da conexão entre sistemas caóticos de baixa dimensão e sistemas espaço-temporais. Para isto, é desenvolvida uma metodologia para estender os resultados obtidos na primeira parte para a análise de um sistema dinâmico de alta dimensão obtido pela solução numérica da equação Kuramoto-Sivashinsky. é demonstrada pela primeira vez uma crise interior devido a tangência homoclínica em uma equação diferencial parcial, sendo apresentada uma nova técnica para visualizar esta tangência homoclínica em um espaço de fase de alta dimensão. ABSTRACT: In this work we present a numerical study on the interaction between chaotic attractors and nonattracting chaotic sets in mathematical models that describe the nonlinear dynamics of plasma waves in the Sun-Earth connection. The work is divided in two parts. In the first part we analyze a low-dimensional dynamical system describing stationary Alfv´en waves modeled by the derivative nonlinear Schrödinger equation. Nonlinear phenomena known as crises, where the structure of a chaotic attractor is abruptly changed, are characterized by the veri.cation of the collision of the chaotic attractor with an unstable periodic orbit. It is shown that a post-crisis chaotic attractor can be decomposed in two nonattracting chaotic sets, dynamically connected by a set of coupling unstable periodic orbits. We discuss the importance of this coupling for intermittency. In the second part of the work we study the connection between low-dimensional chaotic systems and spatiotemporal systems. We develop a methodology to extend the results obtained in the first part to analyze a high-dimensional dynamical system obtained from the numerical solution of the Kuramoto-Sivashinsky equation. We characterize for the first time an interior crisis due to a homoclinic tangency in a partial di.erential equation, and present a novel technique to visualize this homoclinic tangency in a high-dimensional phase space.
Full text: no
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Novos algoritmos para rotulação cartográfica de pontos
Yamamoto, M.
INPE-10565-TDI/940
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (orientador)
Morabito Neto, Reinaldo
Ochi, Luiz Satoru
Dias, Luiz Alberto Vieira
2003-09-19
Rotulação de mapas é de importância fundamental em cartografia e sistemas de informações geográficas (SIG) e tem se mostrado pertencer à classe de problemas de difícil solução, conduzindo-nos à necessidade de algoritmos de aproximação, uma vez que não se conhece algoritmo exato capaz de solucioná-lo em um intervalo de tempo aceitável. Uma variedade de métodos tem sido propostas para gerar uma boa rotulação, com resultados dos mais variados. Este trabalho faz uma revisão de alguns algoritmos encontrados na literatura, e depois apresenta métodos ainda não explorados para rotulação de pontos, com o objetivo de alcançar uma rotulação de qualidade na confecção de mapas para impressão, e também um método exato para obter soluções ótimas, com a finalidade de verificar as soluções geradas pelo método heurístico proposto neste trabalho. ABSTRACT: Cartographic label placement is an important task in automated cartography and Geographical Information Systems (GIS). The label placement belongs to a problem area of difficult solution, leading us to the need of approximation algorithms as there is no exact algorithm that is able to solve this problem within an acceptable amount of time. A variety of methods has been proposed to generate quality labelings, with a wide range of results. In this work, we have reviewed some algorithms of the literature, and we presented methods not yet explored for point features label placement with aim to obtain a quality labeling placement for printed map, and an exact method to obtain good solutions with aim to verify heuristic solutions produced in this work.
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2004
Procedência de dados: teoria e aplicações ao processamento de imagens
Braga, J. C.
INPE-14212-TDI/1113
Monteiro, Antônio Miguel Vieira (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Oliveira, João Ricardo de Freitas
Fonseca, Leila Maria Garcia
Ferreira, Maurício Gonçalves Vieira
Furuie, Sérgio Shiguemi
Zampirolli, Francisco de Assis
2004-08-20
A procedência é uma documentação complementar a dados. Ela contêm a descrição de "como", "quando", "onde", "porque" os dados foram obtidos e "quem" os obteve. A procedência inclui não só a origem dos dados, mas também os processos geradores dos mesmos (algoritmos e seus respectivos parâmetros). A procedência de dados pode ser muito útil em processamento de imagens para reproduzir imagens, economizar espaço de armazenamento, aumentar a velocidade de transmissão, proteger os direitos de propriedade e auxiliar na busca e recuperação de imagens. Para usufruir dos seus benefícios, a procedência de imagens deve ser gerenciada por mecanismos computacionais. O seu gerenciamento computacional inclui a criação, armazenamento, publicação, busca, recuperação e manipulação de forma automática e integrada. Motivada pelos benefícios da procedência de imagens e desafios em seu gerenciamento, o objetivo do trabalho foi: propor um modelo, uma estrutura e um tipo de armazenamento de procedência de dados para orientar a implementação de seu gerenciamento; implementar um protótipo para o gerenciamento computacional da procedência de dados; e testar o protótipo em processamento de imagens. O protótipo foi desenvolvido de forma integrada com a biblioteca digital URLib. Os testes preliminares realizados mostraram a viabilidade de um sistema de gerenciamento de procedência completo e eficiente. ABSTRACT: The provenance is a complementary data documentation. It contains a description of "how", "when", "where", "why" the data were obtained and "who" obtained it. The provenance includes not only the origin of the data but also the description of the processes that produce them (algorithms and their respective parameters). Data provenance might be very helpful in image processing to reproduce images, save disk space, increase speed transmission, protect the copyright and retrieve images. To take advantages of image provenance, must be managed by computer systems. Its management includes the creation, storage, publication, retrieval and handling of provenance in an automatic and integrated way. Motivated the advantages of provenance and the challenges of its management, the goal of our work was: to propose a model, a structure and storage of data provenance in order to guide its implementation; to implement a prototype for the data provenance management; and to test this prototype in image processing. This prototype was integrated with the URLib digital library. The preliminary tests have shown the feasibility and efficiency of the proposed data provenance management system.
Full text: yes
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Desenvolvimento e aplicações de um ambiente computacional para a análise de padrões - gradientes
Costa Júnior, R. A.
INPE-14618-TDI/1197
Campos Velho, Haroldo Fraga de (presidente)
Rosa, Reinaldo Roberto (orientador)
Ramos, Fernando Manoel (orientador)
Banon, Gerald Jean Francis
Ferrer, German Ignácio Gomero
Viana, Ricardo Luiz
Macau, Elbert Einstein Nehrer
Oliveira, Paulo Murilo Castro de
2004-05-25
O objetivo deste trabalho é construir um ambiente computacional, GPASim Simulador de Análise de Padrões Gradientes, desenvolvido para ambiente IDL. A função deste software é analisar estruturas espaço-temporais e formação de padrões, através do cálculo dos momentos gradientes obtidos através da Analise de Padrões-Gradientes (GPA, a partir do termo em inglês gradient pattern analysis). Com esta ferramenta vamos apresentar propriedades de dois momentos do operador GPA, e suas aplicabilidades em séries de padrões relacionadas a sistemas com estruturas complexas. O programa oferece ainda a possibilidade de investigar variabilidades não-lineares em séries temporais e séries de padrões-gradientes elementares. ABSTRACT: The goal of this work is to develop and to apply a computational environment, the GPASim Gradient Pattern Analysis of Simulator, developed for the IDL environment. The function of this software is to analyze space-temporal structures and pattern formation through the calculation of the gradients moments obtained from Gradient Pattern Analysis (GPA). With this tool we present properties of two moments of GPA operator, and its applicability on pattern sequences related to systems with structural complexity. Also the program offers the possibility of nonlinear variability investigation related to time series and elementar gradient pattern series.
Full text: yes
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Projeto de operadores morfológicos parametrizados por tabela de transformação de níveis de cinza
Faria, S. D.
INPE-12552-TDI/1002
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de
Oliveira, João Ricardo de Freitas
Hirata, Nina Sumiko Tomita
Zampirolli, Francisco de Assis
2004-06-29
Este trabalho tem como objetivo o estudo teórico da decomposição de operadores de janela e espacialmente invariantes, em termos de operadores morfológicos elementares parametrizados por tabelas de transformação de níveis de cinza (ou seja, por look-up tables morfológicas elementares). Deste estudo resultam alguns modelos de operadores caracterizados por operadores morfológicos elementares de janela e espacialmente invariantes. Com base nestes modelos é proposto um método para o projeto de operadores definidos sobre o reticulado das imagens em níveis de cinza. Como o problema do projeto de operadores implica na busca de uma solução num espaço geralmente muito grande, neste trabalho, é utilizado como método de busca um algoritmo genético. Finalmente, são apresentados alguns experimentos ilustrativos em processamento de imagens. ABSTRACT: The goal of this work is the theoretic study of the decomposition of spatially invariant window operators, in terms of the elementary morphological operators that have elementary morphological look-up tables as parameters. This study results in some models of operators characterized by spatially invariant window elementary morphological operators. Based on these models, a method for the automatic design of operators, defined over the lattice of grey-level images, is proposed. Since the operator design problems has usually a very large solution space, a genetic algorithm for the optimal solution search is used. Finally, some illustrative image processing experiments are presented.
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Algoritmos de programação dinâmica usados em modelos markovianos ocultos (HMMs)
Ferreira, J. O.
INPE-13052-TDI/1021
Yanasse, Horácio Hideki (presidente)
Carvalho, Solon Venâncio de (orientador)
Rodrigues, Rita de Cássia Meneses
Silva, José Demísio Simões da
Martins, Wellington Santos
Chiyoshi, Fernando Yassuo
2004-03-29
Esta tese trata dos algoritmos de programação dinâmica que são usados nos Modelos Markovianos Ocultos (HMMs), perfis-HMMs, aplicados no estudo de seqüências biológicas no campo da Bioinformática. O foco é a investigação de técnicas (métodos ou paradigmas) de economia de espaço que proporcionem a melhor economia de tempo, e que sejam adequadas para a utilização no cálculo de medidas de interesse dos HMMs. Explorou-se a hipótese da utilização da estratégia de checkpoints em conjunto com o princípio D&C como solução consistente para o problema de complexidade de espaço versus complexidade de tempo dos algoritmos de programação dinâmica utilizados no cálculo de medidas de interesse em perfis-HMMs. Propõe-se um algoritmo denominado algoritmo de programação dinâmica com L-níveis de checkpoints bidimensionais que pode ser usado em conjunto com procedimentos de retrocedimento parcial ou completo, sobre a matriz de programação dinâmica. A versão com retrocedimento parcial desse algoritmo proposto, denominada algoritmo de Viterbi com L-níveis de checkpoints bidimensionais, com partição fixa de memória e retrocedimento restrito, foi superior em desempenho, tanto na análise teórica, quanto nos testes de desempenho a posteriori, ao algoritmo de Viterbi com L-níveis de checkpoints por diagonais, com partição móvel de memória e retrocedimento restrito, considerado o estado da arte entre esses algoritmos de programação dinâmica com a técnica de checkpoints. O desempenho desse algoritmo proposto foi superior, nos testes a posteriori, inclusive ao próprio algoritmo de Viterbi básico. Na simulação dos requerimentos de memória, verificou-se que os requerimentos de memória desse algoritmo proposto são uma fração decrescente dos requerimentos de memória do algorimo de Viterbi básico, para instâncias crescentes do problema, indicando um comportamento assintótico dos requerimentos de memória muito favorável para a computação de instâncias do problema que são intratáveis pelo algoritmo de Viterbi básico. ABSTRACT: This thesis is about dynamic programming algorithms used in Hidden Markov Models (HMMs) -HMM profiles - applied to biological sequence studies in bioinformatics. Its investigation focuses on space economy techniques (methods or paradigms), that provide best time-saving solutions, which would be adequate for use in calculating HMM interest measures. The checkpoints paradigm use hypothesis together with the D&C strategy, as a consistent solution for the problem of space versus time complexity in dynamic programming algorithms which are used in the calculation of measures of interest to the HMM profiles, is explored. An algorithm denominated dynamic programming algorithm with L-levels of bidimensional checkpoints which can be used together with partial or complete traceback procedures through to the dynamic programming matrix is proposed. The version with partial traceback denominated the Viterbi algorithm with L-levels of bidimensional checkpoints with fixed memory partition and restricted traceback was superior in performance to the Viterbi algorithm with L-levels of diagonals checkpoints with mobile memory partition and restricted traceback, not only in the theoretical analysis but also in the tests a posteriori. The latter is considered state of the art among the dynamic programming algorithms with the checkpoints technique. In the tests a posteriori, the proposed algorithm has been proved to be superior in performance even to the basic Viterbi algorithm. In the memory requirement simulation, the memory requirements of the new algorithms have been shown to be a decreasing fraction of those of the Viterbi basic algorithm for growing instances of the problem, indicating an asymptotic behavior of memory requeriments, very favorable to the computation of instances of the problem which are intractable by the basic Viterbi algorithm.
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Redes neurais recorrentes aplicadas à assimilação de dados em dinâmica não-linear
Härter, F. P.
INPE-14222-TDI/1123
Ramos, Fernando Manuel (presidente)
Campos Velho, Haroldo Fraga de (orientador)
Silva, José Demisio Simões da
Ludemir, Teresa Bernarda
Dias, Pedro Leite da Silva
2004-12-16
Neste trabalho aplica-se as Redes Neurais (RN) Perceptron de Múltiplas Camadas (PMC), Funções de Base Radial (FBR), Elman (RN-E) e Jordan (RN-J) num contexto de Assimilação de Dados em dinâmica não-linear. Avalia-se a eficiência das RN em emular o filtro de Kalman (FK) e a possível aplicabilidade desta técnica a problemas de dimensão maior, como por exemplo, previsão de tempo operacional. A FBR, RN-E, RN-J e a técnica de treinamento conhecida como correlação cruzada até então nunca haviam sido testadas neste tipo de aplicação. Os resultados obtidos com os modelos simples (sistema de Lorenz em regime caótico e o modelo de água Rasa - 1D) mostram que as redes foram eficientes na solução do problema, sendo que o principal resultado foi a redução do espaço de busca durante o treinamento das redes. Pela forma como os exemplos de treinamento são apresentados as RN, estima-se ter reduzido a dimensão do espaço de busca da ordem de 109 para 103 em problemas práticos de previsão de tempo e clima em relação ao trabalho pioneiro de Nowosad et al. (2001). Apresenta-se também, resultados da aplicação da PMC em Assimilação de Dados em Clima Espacial, o que abre uma nova linha de pesquisa em Geofísica Espacial. ABSTRACT: This work applies four neural network paradigms for data assimilation problem, focusing on non-linear dynamics. They are respectively named, according to literature, as Multilayer Perceptron (MLP), Radial Basis Function (RBF), Elman (E-NN) and Jordan (J-NN). The performance of these four NN on emulating the Kalman filter (KF) and the possibility of application of this technique at high dimension problems, as numerical weather forecasting, are analyzed. The RBF, E-NN, J-NN and the training technique knowledge, such as the cross validation have never been tested in this kind of application. Results with chaotic Lorenz system and Shallow Water Equations - 1D show that NN are an encouraging approach for data assimilation process. Thus the main result of this work is the improvement of the NN topologies in order to minimize the convergence rate, where a decreasing of 106, if compared to the results given by Nowosad et al. (2001) , could be achieved if this technique was applied to operational numerical weather forecasting. An application of NN techniques, for space geophysical data assimilation problem is also demonstrated and it was seen that it could open a new research line.
Full text: yes
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Algoritmos evolutivos hídridos com detecção de regiões promissoras em espaços de busca contínuos e discretos
Oliveira, A. C. M.
INPE-12314-TDI/989
Stephany, Stephan (presidente)
Lorena, Luiz Antônio Nogueira (orientador)
Becceneri, José Carlos
Ochi, Luiz Satoru
Carvalho, André Carlos Ponce de Leon Ferreira de
2004-07-29
Este trabalho apresenta três estratégias para intensificacão de busca em algoritmos evolutivos híbridos. Essas estratégias formam o núcleo de três abordagens: o Treinamento Populacional em Heurísticas (TPH), o Evolutionary Clustering Search (ECS) e o Algoritmo Paralelo Hierárquico e Adaptativo com Competição Justa (APHAC). O TPH emprega heurísticas específicas do problema na definicão de fitness, guiando a população para regiões promissoras representadas por indivíduos que não podem ser melhorados por tais heurísticas. No ECS, um agrupamento iterativo trabalha simultaneamente ao processo evolutivo, gerando um conjunto de clusters que são referência para regiões supostamente promissoras. Um processo alternativo de intensificação de busca, chamado de assimilação, torna a busca mais agressiva em regiões enquadradas por clusters. O APHAC implementa uma competição justa entre indivíduos com diferentes perfis de fitness, mantidos separados em diferentes subpopulações, evoluindo em paralelo. Um ambiente evolutivo heterogêneo serve de suporte ao emprego de diferentes estrat´egias de busca em cada subpopulação, incluindo algoritmos de busca local aplicados a indivíduos da subpopulação elite. As três abordagens são aplicadas a vários problemas-teste, definidos em espaços de busca contínuos e discretos. Os resultados obtidos são comparáveis e até superiores a vários outros enfoques encontrados na literatura. ABSTRACT: This work presents three strategies for exploitation in hybrid evolutionary algorithms. These strategies are the base of three approaches: Population Training Heuristic (called TPH), Evolutionary Clustering Search (ECS) and the Parallel Adaptive Hierarchical Fair Competition Genetic Algorithm (called APHAC). The TPH employs problem-specific heuristics for fitness evaluation, guiding the population to settle down in promising search areas where such heuristic would not yield further improvement. In the ECS, an iterative clustering scheme works concurrently with an evolutionary algorithm generating a set of clusters that are used as references to assumed promising search areas. An alternative exploitation mechanism, called assimilation, makes the search strategy more aggressive in the areas framed by cluster. Finally, the APHAC implements a fair competition scheme by segregating individuals with di erent fitness ranges in di erent evolving demes. A heterogeneous evolutionary environment allows to employ a di erent search strategy in each deme. For instance, a local search operator is applied to the individuals of the elite deme. These three approaches are applied to standard test problems, associated to continuous or discrete search spaces. The results obtained with these approaches are similar, or even better, than those found in literature.
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Algumas contribuições à resolução do problema de corte integrado ao problema de seqüenciamento dos padrões
Pinto, M. J.
INPE-11826-TDI/964
Becceneri, José Carlos (presidente)
Yanasse, Horácio Hideki (orientador)
Lorena, Luiz Antônio Nogueira
Soma, Nei Yoshihiro
Morabito Neto, Reinaldo
2004-06-21
Os problemas de corte de estoque e de seqüenciamento de padrões são oriundos de importantes aplicações práticas. A literatura existente geralmente os aborda de forma independente. Neste trabalho, apresentamos uma formulação matemática para o problema integrado e buscamos explorar a estrutura desta formulação para o desenvolvimento de um método de resolução eficiente. Devido à complexidade do modelo apresentado, propomos um esquema de decomposição para resolvê-lo que, para obter sucesso, necessita de uma resolução eficiente de ambos os problemas, o de corte e o de seqüenciamento. Aperfeiçoamos e desenvolvemos métodos de resolução do problema de seqüenciamento contribuindo com novas formulações para o MTSP e para o MOSP, que parecem promissoras para a resolução destes problemas em um menor tempo computacional. Apesar das melhoras nos tempos computacionais, os avanços conseguidos com as abordagens propostas não foram suficientes para que se possa utilizá-las rotineiramente para se resolver instâncias do problema integrado, de tamanhos encontrados na prática. Um procedimento heurístico para o problema integrado foi também desenvolvido para fornecer um limitante superior de boa qualidade para o problema. Com este trabalho, esperamos ter contribuído com o avanço no estado da arte com respeito à resolução de problemas de corte e seqüenciamento de forma integrada. ABSTRACT: The cutting stock problem and the pattern sequencing problem arise in important practical applications. In the existing literature these problems are generally treated independently. In this work, we developed a mathematical formulation for the integrated problem and we investigated the structure of this formulation in order to develop an efficient method for its solution. Due to the complexity of the integrated model, we propose a decomposition procedure to solve it. For the success of this procedure, both problems, the cutting stock problem and the pattern sequencing problems, have to be solved in an efficient way. We improved and developed methods to solve the pattern sequencing problem contributing with news formulations for the MTSP and the MOSP, that seem to be promising for solving these problems in a reduced computational time. Although the computational times were reduced with the proposed approaches, the advances obtained were not sufficient to be regularly used to solve instances of the problem with sizes found in practice. We also developed a heuristic to solve the integrated problem in order to provide a better upper bound to the problem. With this study, we expected to have contributed to the state of the art with respect to solving cutting and sequencing problems in an integrated way.
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SICSDA - Uma arquitetura de software distribuída configurável e adaptável aplicada às várias missões de controle de satélites
Thomé, A. C.
INPE-12515-TDI/1000
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Cunha, João Bosco Schumann (orientador)
Ferreira, Maurício Gonçalves Vieira (co-orientador)
Sant'Anna, Nilson
Santos, Rafael Duarte Coelho dos
Penteado, Rosângela Aparecida Dellosso
2004-11-30
Neste trabalho propõe-se uma arquitetura de software distribuída, configurável e adaptável aplicada às várias missões de controle de satélites, chamada SICSDA. O objetivo desta arquitetura é controlar mais de um satélite a partir de um mesmo conjunto de computadores, possibilitando a escolha de qual satélite deseja-se monitorar em um determinado instante. Outro fator importante é a necessidade de se ter uma arquitetura que permita que uma nova missão possa ser acomodada sem a necessidade de se criar um sistema específico para o satélite a ser lançado, fazendo com que o esforço necessário para adaptar o sistema a esse novo requisito seja minimizado. Além disso, deseja-se que os especialistas do domínio e que os desenvolvedores de software possam configurar, se necessário, atributos e regras do negócio para os satélites já lançados, e que possam também, acrescentar novos elementos ao domínio do problema sem a necessidade de programação extra. As funcionalidades oferecidas pela aplicação, como por exemplo, visualização de telemetrias e envio de telecomandos, poderão estar distribuídas em um domínio de rede pré-definido. O serviço de carga do sistema irá definir a localização dos objetos, o que significa que cada máquina na rede poderá ter uma visão diferente dos metadados armazenados no banco de dados. Uma visão, neste contexto, é a parte do modelo de objeto adaptável que será instanciada naquela máquina. ABSTRACT: This work proposes an adaptive configurable distributed software architecture applied to satellite control missions called SICSDA. The main purpose of this architecture is to control more than one satellite through one set of computers, enabling the choice of each satellite to be monitored in any given period of time. This architecture allows a new mission to be settled without the need for the creation and addition of a specific software component for the satellite being launched, thus minimizing the effort needed to adapt the complete system to the new requirement. It also provides domain specialists and software developers with the capability to configure, if necessary, attributes and business rules to the satellites already launched, adding new elements to business domain without the need of extra codification. The functionalities offered by the application, for example, telemetry visualization and the sending of telecommands, can be distributed into a network pre-defined domain. The system charge distribution service will define the objects location, what means that each machine in the network will be able to have a different view of the metadata stored in the database. A view, in this context, is the piece of the adaptive object model that will be instantiated in that machine.
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2005
COFI: uma abordagem combinando teste de conformidade e injeção de falhas para validação de software em aplicações espaciais
Ambrosio, A. M.
INPE-13264-TDI/1031
Montes Filho, Antonio (presidente)
Carvalho, Solon Venâncio de (orientador)
Martins, Eliane
Vijaykumar, Nandamudi Lankalapalli
2005-07-01
Este trabalho propõe um processo e uma metodologia de teste de software visando reduzir custos e diminuir o número de incidentes em missões espaciais. Seguindo a tendência atual das padronizações de software em aplicações espaciais, o teste de conformidade será de interesse em tais aplicações em futuro próximo como foi o caso da padronização de protocolos em telecomunicações, que levou ao estabelecimento do padrão ISO-9646 de teste de conformidade, nos anos 80. Para softwares em aplicações espaciais a validação da conformidade é complementada com a técnica de injeção de falhas para considerar as conseqüências da radiação do ambiente sofridas pelo software. A proposta consta de um processo de teste baseado na IS-9646 que abriga uma metodologia para orientar o projeto de testes. Ambos, o processo e a metodologia são denominados CoFI, pois combinam teste de conformidade e validação por falhas injetáveis. A principal característica da metodologia é tratar falhas que imitam os problemas físicos causados pela radiação que afetam a comunicação computacional a bordo de satélites. Uma outra característica é o uso de métodos formais e artefatos da UML para facilitar a automação. Efeitos-colaterais, como explosão no número de testes, do uso de ferramentas de geração de testes a partir de especificações formais são tratados com a separação do comportamento normal e excepcional em modelos distintos. A seqüência de teste gerada com a CoFI é avaliada empiricamente em três aplicações: um serviço padronizado na norma ECSS-E-70-41A que aborda comunicação solo-bordo, um protocolo de bordo e um protocolo de solo para comunicação entre Centro de Controle e estação terrena. As duas últimas têm sido usadas atualmente em missões de satélites científicos no INPE. Uma análise da eficiência da seqüência de teste CoFI relacionada ao critério de adequação de falhas de mutação em máquinas de estado foi realizada. Os resultados mostraram que a metodologia é competitiva e eficaz para ser aplicada em projetos espaciais reais. Apesar da abordagem CoFI focar a validação de software de comunicação a bordo de satélites, ela não é restrita a esse tipo de aplicação. ABSTRACT: In order to reduce costs and decrease the number of space mission incidents this dissertation proposes a software test process and methodology. Following the standardization trend of software in space application, conformance testing will be of interest in such applications in the near future; as was the case for telecommunications when, in 1980`s, the International Organization for Standardization (ISO) established the ISO conformance testing standard IS-9646. To complement the conformance validation and to take into account the consequences space applications software suffers from the environment radiation, the fault injection technique was adopted. In this dissertation, the test process is based on the IS-9646 and it embraces a test methodology that guides test designing. Both the process and the test methodology are named CoFI, as they combine conformance testing and fault injection. The main characteristic of the methodology is to deal with faults that mimic problems caused by the space radiation environment that affects computational communication on board of satellites. Another feature is to use formal methods and UML artifacts in order to allow automation. Side effects such as the test number explosion of using formal methods are mitigated with normal and exceptional behavior representation into distinct models. The CoFI test sequence is empirically evaluated in three real applications: a standardized service of the ECSS-E-70-41A for ground-board communication, an on-board communication protocol and a ground, Control Centre and ground station, protocol. The last two applications have been used in INPE`s scientific satellite missions. An analysis of the CoFI test sequence efficiency related to the adequacy criteria of finite state machine mutation faults was performed. Results have shown a competitive and efficient methodology for real space projects. Although the CoFI approach is focused on satellite on-board communication software validation, it is not restricted to this kind of application.
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Estimação da resolução espacial da câmera CCD dos satélites CBERS 1 e 2
Bensebaa, K.
INPE-13597-TDI/1036
Fonseca, Leila Maria Garcia (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Selingardi, Mário Luiz
Orgambide, Alejandro Cesar Frery
Mascarenhas, Nelson Delfino D'Àvila
2005-03-21
O primeiro satélite CBERS-1 (China-Brazil Earth Resources Satellite) foi lançado em 1999, sendo substituído em 2003, pelo CBERS-2. CBERS-1 e CBERS-2 têm as mesmas especificações e são equipados de três sensores: uma câmera imageadora de amplo campo de visada (WFI), uma câmera imageadora de alta resolução (CCD) e um imageador multiespectral infravermelho (IRMSS). Por causa das limitações dos componentes do sensor (difração, filtro eletrônico, erros de focalização) e do movimento de câmera induzido pelo deslocamento do satélite, as imagens adquiridas pelos sistemas de imageamento sofrem um borramento. Este efeito de borramento pode ser representado em termos de uma Função de Espalhamento Pontual (FEP) no domínio espacial ou em termos de uma Função de Transferência de Modulação (FTM) no domínio das freqüências. A FEP caracteriza a resposta do sistema de imageamento, e portanto a avaliação desta antes e depois do lançamento do satélite através do parâmetro EIFOV (Effective Instantaneous Field of View), permite uma estimação da resolução espacial e conseqüentemente uma avaliação objetiva do desempenho do sistema imageador. Esta tese tem como objetivo a estimação pós-lançamento da resolução espacial do imageador CCD do satélite CBERS em órbita. Neste sentido, três abordagens foram desenvolvidas. A primeira é baseada no uso de uma imagem de um alvo artificial: uma lona preta, colocada no deserto de Gobi (República Popular da China). A segunda abordagem utiliza dois alvos naturais: uma imagem da ponte Rio- Niterói, sobre a Bahia de Guanabara (Rio de Janeiro - Brasil), e uma imagem da ponte Causeway sobre o lago Pontchartrain (Louisiana - Estados Unidos). A última abordagem refere-se ao uso de duas imagens: uma imagem de alta resolução e uma outra de resolução menor, capturadas pelos satélites SPOT-4 e CBERS respectivamente. As abordagens foram desenvolvidas para estimar a resolução espacial nas direções vertical e horizontal. A metodologia desenvolvida nesta tese pode ser utilizada para estimar a resolução espacial de qualquer sensor a bordo de satélite, desde que haja alvos de forma bem definida. ABSTRACT: The first China-Brazil Earth Resources Satellite (CBERS-1) was launched in 1999 and was substituted on 2003 by CBERS-2. CBERS- 1 and CBERS-2 have the same specifications and carry three sensors: a Wide Field Imager (WFI), a High Resolution CCD Camera (CCD) and an Infrared Multispectral Scanner (IRMSS). Due to the limitations of the sensor components (diffraction, electronic filter, focusing error) and movement of the satellite during imaging, the images acquired by the imaging system undergo a blurring. This blurring effect can be represented in terms of a Point Spread Function (PSF) in the spatial domain and in terms of a Modulation Transfer Function (MTF) in the frequency domain. The PSF characterizes the imaging system response, and therefore its evaluation in pre-launching and post-launching by EIFOV (Effective Instantaneous Field of View) parameter allows spatial resolution estimation, and consequently an objective assessment of the imaging system performance. This thesis aims to estimate the spatial resolution of the CBERS CCD sensor. In this sense, three approaches were developed. The first one is based on the use of an image of an artificial target: a black tarp placed in Gobi desert (Popular Republic of China). The second one utilizes two natural targets: an image of the Rio-Niterói bridge, over Guanabara bay (Rio de Janeiro - Brazil), and an image of the Causeway bridge over Pontchartrain lake (Louisiana - USA). The last approach refers to the use of two images: one highresolution image and another one of lower resolution, captured by the SPOT-4 and CBERS satellites respectively. The approaches were developed to estimate spatial resolution in along-track and across-track direction. The methodology developed in this thesis can be used to estimate the spatial resolution of any sensor on board a satellite, provided there are well-defined targets.
Full text: yes
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Uma abordagem integrada para educação a distância usando gestão de processos e simulação de sistemas
Bicudo, S. F.
INPE-15323-TDI/1366
Silva, José Demísio Simões da (presidente)
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso, (orientador)
Kienbaum, Germano de Souza (co-orientador)
Campos Velho, Haroldo Fraga de
Hirata, Celso Massaki
Omar, Nizam
2005-12-09
Este trabalho apresenta uma abordagem integrada para Educação a Distância com base em técnicas de modelagem e ferramentas utilizadas nas áreas de Gestão de Processos e Simulação de Sistemas. As metodologias oriundas destas duas áreas de pesquisa são utilizadas na proposta de uma arquitetura para um ambiente que tem como finalidade auxiliar o professor na elaboração, construção do conteúdo e gestão do processo educacional. O ambiente proposto faz uso da tecnologia de workflow para a criação e disponibilização na Internet de material de auxílio a aulas presenciais ou de cursos completos para Educação a Distância. O monitoramento em tempo real das atividades desenvolvidas pelos alunos e a gestão do processo educacional utilizando as funcionalidades adicionais do simulador são vistos como componentes essenciais da arquitetura proposta, mas eles se encontram ainda em desenvolvimento, e serão abordados em mais detalhes em versões futuras do sistema. O ambiente foi denominado Web Course Manager e é desenvolvido com base na integração da ferramenta de simulação de sistemas Simprocess com o ambiente de educação a distância TelEduc. ABSTRACT: This work presents an integrated approach for Distance Education based on modeling techniques and tools usually applied in Business Process Management and Systems Simulation. The methodologies from these research areas are used to propose an environments architecture to support the professor in building and managing the educational process. The environment proposed makes use of the workflow technology for building e-learning content that can be used as auxiliary material or as full distance learning courses. The real time monitoring of the activities developed by the students and the management of the learning process are seen as essential features of the proposed architecture, but they are still under construction for inclusion in future versions of the system. The environment was named Web Course Manager and its development is based on the distance learning system TelEduc and the process simulation system Simprocess.
Full text: yes
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Método variacional e algoritmo genético em identificação de danos estruturais
Chiwiacowsky, L. D.
INPE--TDI/
Chamon, Marco Antonio (presidente)
Campos Velho, Haroldo Fraga de (orientador)
Rios Neto, Atair
Ramos, Fernando Manuel
Barbosa, Hélio José Corrêa
Claeyssen, Júlio Cezar Ruiz
2005-09-29
Full text: no
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Um estudo de métodos estocásticos em ambiente paralelo para a produção de mapas das anisotropias da radiação cósmica de fundo em microondas
Corrêa, R. V.
INPE-14443-TDI/1138
Campos Velho, Haroldo Fraga de (presidente)
Preto, Airam Jônatas, (orientador)
Stephany, Stephan (orientador)
Souza, Carlos Alexandre Wuensche de
Villela Neto, Thyrso
Figueiredo Filho, Newton de
Pereira, Marildo Geraldête
2005-04-05
Mapas de anisotropia da radiação cósmica de fundo em microondas são constituídos por valores de temperaturas correspondentes a essa radiação para pontos discretos (pixels) da região observada do céu. A construção de um mapa envolve a resolução do problema inverso da estimação desses valores de temperatura a partir de séries temporais de medidas de temperatura com ruído. Uma matriz de apontamento relaciona as medidas com os pontos do céu, sendo definida pela estratégia de apontamento do instrumento. Quase todos os métodos existentes de construção de mapas são analíticos, sendo derivados do método dos mínimos quadrados. Esses métodos envolvem alguma forma de inversão de matrizes de grande dimensão que são singulares e esparsas. Devido aos custos computacionais decorrentes, utiliza-se comumente uma alternativa, o método bin average, no qual a temperatura estimada de cada pixel é calculada pela média ponderada de suas medidas. Este trabalho propõe uma nova alternativa a estes métodos inversos através de uma abordagem implícita (iterativa). O problema inverso associado é formulado como um problema de otimização e resolvido por um algoritmo estocástico. São avaliadas versões paralelas de algoritmos genéticos e de um algoritmo de recozimento simulado, utilizando-se dados sintéticos corrompidos com ruído. O mapa resultante obtido por este último apresentou melhor qualidade quando comparado com aquele obtido pelo método bin average num tempo de execução equivalente. ABSTRACT: Anisotropy maps of the microwave background cosmic radiation are composed of temperature values that correspond to that radiation in discrete points (pixels) of the observed region of the sky. The construction of a map requires the solving of the inverse problem that is the estimation of temperature values from temporal series of noisy temperature measurements. A pointing matrix correlates the measurements to the points of the sky, being defined by the pointing strategy of the instrument. Most methods for map construction are analytical, being derived from the least square method. These methods require the inversion of sparse, singular matrixes that have large dimensions. Due to the high processing costs, a common alternative is the bin average method, in which the estimated temperature of each pixel is given by a weighted average of its temperature measurements. This work proposes a new alternative for map construction by using an implicit (iterative) inverse method. The associated inverse problem is formulated as an optimization problem that is solved by a stochastic algorithm. Parallel versions of genetic algorithms and a simulated annealing algorithm are evaluated using noise-corrupted synthetic data. The resulting map obtained by the latter algorithm presented better quality in comparison to that obtained by the bin average method using an equivalent processing time.
Full text: yes
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Análise de distribuição de pressão em válvulas de diafragma poroso
Lombardi, J. C.
INPE-13603-TDI/1042
Campos-Velho, Haroldo Fraga de (presidente)
Travelho, Jerônimo dos Santos (orientador)
Baldan, Maurício Ribeiro
Bizarria, Francisco Carlos Parquet
Camargo, José Rui
2005-03-30
Neste trabalho é proposto o uso de elementos porosos para estudo de dispositivos de fechamento em tubulações. A simulação numérica é feita via um código comercial de DFC (Dinâmica dos Fluidos Computacional), que emprega um esquema numérico baseado em discretização por Volumes Finitos. O objetivo principal está em comparar os resultados 3-D da distribuição de pressão nas faces de fechamento do equipamento em manobra com os resultados obtidos em 1-D, pelo Método das Características, visando obter parâmetros mais precisos para o projeto estrutural de válvulas e comportas empregadas no controle de vazão em tubulações gerais. O emprego de elementos porosos permitirá uma análise fluido-estrutura da válvula e um controle mais suave na manobra de fechamento. Muitos autores têm apresentado resultados referentes a 1-D de instalações hidráulicas. Porém, visões 2-D e 3-D têm sido suprimidas em virtude da limitação do Método das Características, normalmente empregado na solução desses problemas. Este trabalho marca exatamente a possibilidade de implementações mistas, 1-D e 3-D, com métodos apropriados para cada situação. ABSTRACT: This work proposes the use of porous elements to study the valves in pipe net. The numerical simulation is made by a commercial Computational Fluid Dynamic (CFD) software that applies the Finite Volume Method in discretizing the FDE. The main goal of this work is to compare the results in 3-D of pressure distribution on the faces of the valve against the results 1-D obtained from the Method of Characteristics. The 3-D results will provide better parameters in structural project of valves. The use of porous media will permit an analysis fluid-structure and a smooth control of the valve closing. Many works have been made about 1-D hydraulic installations, but 2-D or 3-D results have been suppressed due the limitations of the Characteristics Method used to solve this kind of problem. This work brings the possibility of mixed implementations, 1-D and 3-D, using the appropriated method for each case.
Full text: yes
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Análise de risco financeiro para o setor aeroespacial: introduzindo os conceitos de VaRq e comprehensive aerospace index
Mattedi, A. P.
INPE-13768-TDI/1051
Campos Velho, Haroldo Fraga de (presidente)
Rosa, Reinaldo Roberto (orientador)
Ramos, Fernando Manuel (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de
Vasconcelos, Giovani Lopes
Rosenfeld, Rogério
2005-02-23
Este trabalho teve por objetivo aperfeiçoar um método de gerenciamento de risco financeiro do setor aeroespacial a ser utilizado para ações individuais ou em carteiras. O setor aeroespacial movimenta bilhões de dólares, usa mão de obra altamente qualificada e tecnologias avançadas e complexas, envolvendo, portanto riscos elevados. Índices existentes neste setor foram divulgados somente a partir de 2003, e apresentam limitações por omitirem séries históricas, ou por serem restritos a segmentos muito específicos como o de satélites, ou por não apresentarem a metodologia de sua elaboração. Assim, neste trabalho elaborou-se um novo índice, o Comprehensive Aerospace Index (CASI), composto do valor das ações de cerca de 40 a 92 das principais empresas mundiais do setor aeroespacial negociadas na bolsa de Nova Iorque (NYSE) e no mercado eletrônico (NASDAQ). Os dados utilizados foram os preços diários de fechamento das ações no período de janeiro/1987 a junho/2004. Estudaram-se as seguintes características estatísticas deste novo índice: primeiros momentos; funções distribuição de probabilidade; auto-correlação; correlação entre as séries temporais individuais das ações das empresas; estrutura hierárquica do setor aeroespacial, e; a variedade do setor. Utilizando estes resultados, o modelo de gerenciamento de risco conhecido como Value-at-Risk (VaR) foi aperfeiçoado de modo a refletir as características específicas do setor. Em particular, destaca-se a substituição da distribuição gaussiana do modelo original pela distribuição generalizada de Tsallis (DGT), gerando melhor precisão no cálculo do risco, mas mantendo a simplicidade do modelo original. Até o nível de confiança 97,5%, os valores obtidos dos vários métodos foram similares. Acima deste nível, a distribuição gaussiana subestimou o risco enquanto que a de Levy o superestimou. A DGT melhor estimou as perdas potenciais, tanto para dias de grandes variações negativas como normais no mercado. Acredita-se que o modelo aqui desenvolvido, VaRq, permita alocação mais racional dos recursos de provisão para perdas. Por último, o CASI pode ser considerado como índice de referência para o setor aeroespacial, uma vez que reflete o comportamento das ações das empresas tanto do segmento satélite quanto do aeronáutico. ABSTRACT: The aim of this study is to improve a financial risk management method for the aerospace sector to be used for portfolios or individual actions. The aerospace complex "weights" several hundreds of billions of dollars a year, and creates millions of high-wage, high skill jobs worldwide. Moreover, technologically-intensive aerospace production generates extremely important positive spill over effects for the rest of the economy. The indices for this sector had been released only from 2003, and present limitations like omitting historical series, or being restricted to a specific segments as satellites, or for not presenting the methodology of its elaboration. Thus, in this work a new index, Comprehensive Aerospace Index (CASI), was elaborated based on 40 to 92 stocks of leading companies of the aerospace sector negotiated in the New York Exchange (NYSE) and in the over-the-count (OTC) markets. The data analyzed cover the period from January 1987 to June 2004. The following statistical characteristics of this new index had been studied: first moments; probability distribution function; auto-correlation; correlation between stocks; hierarchic structure of the aerospace sector; and the variety of the sector. Using these results, the management risk model known as Value-at-Risk (VaR) was enhanced in order to reflect the characteristics of the sector. In particular, it must be emphasized the use of generalized distribution of Tsallis (DGT) in substitution of the Gaussian distribution in the original model, with better precision in the risk calculation, but keeping the simplicity of the original model. Until confidence level 97.5%, the results of different methods had been similar. Above of this level, the Gaussian distribution had undertaken the risk while the Levy method overestimated it. The DGT better estimated the potential losses, for big losses as well as normal days. The VaRq, the method developed in this work, allow more rational allocation of the resources of losses provision. Finally, the CASI can be considered as benchmark index for the aerospace sector, once it reflects the stocks behavior of the satellite segment as well as the aeronautical.
Full text: yes
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Um método branch-and-price para problemas de localização de ρ-medianas
Pereira, M. A.
INPE-14471-TDI/1152
Yanasse, Horácio Hideki (presidente)
Senne, Edson Luiz Franca (orientador)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de
Souza, Cid Carvalho de
Galvão, Roberto Diéguez
2005-05-20
Este trabalho apresenta a implementação de um algoritmo branch-and-price para resolver problemas de localização de facilidades baseados no modelo matemático do problema de p-medianas. A abordagem tradicional de geração de colunas é comparada com uma nova proposta, onde o critério de custos relativos empregado na seleção de colunas é modificado pelo multiplicador da relaxação lagrangeana/surrogate. A eficiência da nova abordagem foi comprovada por testes computacionais envolvendo instâncias com até 900 vértices. Também foram realizados estudos com dados reais de problemas de máxima cobertura, formulados como problemas de p-medianas, cuja esparsidade nos vetores de custos e na matriz de restrições representam grande dificuldade para métodos baseados em geração de colunas. ABSTRACT: This work presents a branch-and-price algorithm to solve facility location problems that are based on the mathematical formulation of p-median problems. The traditional column generation approach is compared to a new proposal, where the reduced cost criterion employed at the column selection is modified by the lagrangean/surrogate multiplier. The efficiency of the new approach is tested with instances up to 900 vertices. Tests with real data for maximal covering location problems, formulated as pmedian problems, were conducted and showed the impact of sparsity on column generation based methods.
Full text: yes
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Métodos de geração de colunas para o problema de atribuição
Salomão, S. N. A.
INPE--TDI/
Carvalho, Solon Venâncio de (presidente)
Senne, Edson Luis França (orientador)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
2005-03-18
Este trabalho propõe métodos de geração de colunas para dois importantes problemas de atribuição: o Problema Generalizado de Atribuição (PGA) e o Problema de Atribuição de Antenas Celulares a Comutadores (PAAC). PGA é um dos mais representativos problemas de Otimização Combinatória e consiste em otimizar a atribuição de n tarefas a m agentes, de forma que cada tarefa é atribuída a exatamente um agente e a capacidade de cada agente seja respeitada. PAAC consiste em determinar qual a maneira ótima de atribuir m comutadores a n antenas com posições fixas em uma dada região, de forma a minimizar todos os custos envolvidos, que compreendem custos de cabeamento entre antenas e comutadores e custos de transferência de chamadas entre comutadores. Os dois problemas são conhecidos serem um método NP-difíceis. A abordagem tradicional de geração de colunas é comparada com a proposta neste trabalho, que utiliza a relaxação lagrangeana/surrogate. O trabalho propõe também branch-and-price para o Problema Generalizado de Atribuição, que utiliza a nova abordagem de geração de colunas proposta. São apresentados testes computacionais que demonstram a efetividade dos algoritmos propostos. ABSTRACT: This work proposes column generation methods for two important assignment problems: the Generalized Assignment Problem (GAP) and the problem of assigning cells to switches in cellular mobile networks (PACS). GAP is one of the most representative combinatorial optimisation problem and can be stated as the problem of optimising the assignment of n jobs to m agents, such that each job is assigned to exactly one agent and the resource capacity of each agent is not violated. PACS consists of determining a cell assignment pattern which minimizes a cost function while respecting certain constraints, especially those related to limited switchs capacity. The costs involved correspond to the cabling costs between a cell and a switch and transfer costs between cells assigned to different switches. Both are known to be NP-hard problems. The traditional column generation process is compared with the proposed algorithm that comb ines the column generation and lagrangean/surrogate relaxation. A branch-and-price method for the GAP which uses the new column generation approach is also proposed in this work. Computational experiments are presented in order to confirm the effectiveness of the proposed algorithms.
Full text: no
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Segmentação multi-níveis e multi-modelos para imagens de radar e ópticas
Sousa Júnior, M. A.
INPE-14466-TDI/1147
Fonseca, Leila Maria Garcia (presidente)
Freitas, Corina da Costa (orientador)
Dutra, Luciano Vieira (orientador)
Rennó, Camilo Daleles
Chamon, Marco Antonio
Fernandes, David
Pagamisse, Aylton
2005-03-31
Neste trabalho apresenta-se um novo segmentador para imagens de radar e ópticas, SegSAR. O segmentador SegSAR faz uso de técnicas de crescimento e agrupamento de regiões, detecção de bordas, teste de homogeneidade e teste de área mínima, integradas numa estrutura de compressão piramidal. Assim, o segmentador SegSAR apresenta-se como uma inovação no processo de segmentação por integrar técnicas tradicionais de segmentação, sendo um segmentador hierárquico, multi-nível e multi-modelo e trabalha com imagens em uma banda ou multi-bandas. Uma outra inovação deste segmentador é a possibilidade de se obter resultados intermediários nos diferentes níveis de compressão do processo de segmentação. O processamento das imagens de radar é feito em intensidade, no entanto as imagens de entrada podem ser em amplitude, intensidade ou dB. O segmentador trabalha com dois modelos para representar os dados das imagens: o primeiro é o modelo de manchas (cartoon) que é adequado para imagens com regiões homogeneas onde o backscatter é constante, e o segundo é o modelo de textura, o qual é mais indicado para imagens com regiões em que o backscatter nao é constante. O modelo de manchas para imagens de radar faz uso das propriedades da distribuição Gama para segmentar as imagens, e usa como critério para determinar a homogeneidade de uma região o coeficiente de variação, o qual é obtido por simulação Monte Carlo sobre amostras com distribuição Gama para diferentes níveis de significancia. O modelo de textura para imagens de radar usa como principal critério de segmentação, o coeficiente de variação das regiões, que é comparado com um coeficiente de variação crítico determinado pelo usuário. Para imagens ópticas, o modelo de manchas supõe que a variancia é constante para toda a imagem, enquanto que o modelo de textura faz uso da variancia das regiões no processo de segmentação. Em ambos os modelos, o teste de homogeneidade é calculado sobre um valor de coeficiente de variação. O SegSAR foi implementado na linguagem IDL - Interative Data Language e faz uso de algumas ferramentas do ENVI para tornar a interface mais amigável. A avaliação do SegSAR foi realizada usando critérios qualitativos e quantitativos sobre conjuntos de imagens simuladas. Adicionalmente foram realizadas segmentações sobre imagens de radar na banda X e sobre imagens ópticas Landsat7/ETM+ e Landsat5/TM, sendo estes resultados analisados qualitativamente. O modelo de manchas apresentou um bom desempenho tanto para imagens formadas por regiões homogeneas com para imagens com textura. Os modelos de manchas e de textura apresentaram um bom desempenho quando aplicados às imagens ópticas. O modelo de textura para imagens de radar apresentou um bom resultado para imagem real, o mesmo nao ocorrendo para imagens simuladas. ABSTRACT: This research presents an innovative automatic segmentation method (SegSAR) designed for radar and optical satellite imagery. The design of SegSAR is innovative because it encompasses (i) several common segmentation techniques such as region growing and merging, edge detection, and minimum area and homogeneity test, which are integrated in a pyramidal compression structure; (ii) a hierarchical segmentation procedure; (iii) a multi-level segmentation procedure; (iv) a multi-model homogeneity test; (v) a single band or multi-bands of satellite imagery option; and (vi) the generation of intermediate results at each level of the segmentation process. The processing of radar imagery is performed in intensity values; however, options of input image are amplitude, intensity, and dB. SegSAR is designed to represent imagery in two different models, (i) the cartoon model that is suitable for homogeneous regions, i.e., constant backscattering, of the image; and (ii) the texture model that is suitable for heterogeneous regions, i.e., variable backscattering. For segmentation of radar imagery, the cartoon model assumes that the data for each region has a Gamma distribution, and uses the coefficient of variation to determine the homogeneity degree of a region. Gamma distributed samples are used to obtain the critical coefficients of variation, at different levels of significance, through Monte Carlo simulation. Differently, the texture model uses only a comparison between a coefficient of variation of a region and a user defined coefficient of variation. For segmentation of optical imagery, the cartoon model assumes that the variability of digital number is constant over the entire image. Conversely, the texture model uses the variability among regions to segment the image. A used defined coefficient of variance is used to define the homogeneity degree for both models. SegSAR was implemented in IDL (Interactive Data Language), and uses ENVI tools to make the interface user friendly. The performance of SegSAR over radar imagery was conducted using quantitative and qualitative criteria over simulated data and qualitative criteria over airborne band X image. The performance over optical data was conducted using qualitative criteria over Landsat 7/ETM+ and Landsat 5/TM imagery. Both, the cartoon and the texture models, showed good results for both the radar and optical imagery, except for the not satisfactory results obtained when the texture model was applied over simulated radar imagery.
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Expansão por dilatação e por erosão visando a extração de esqueletos e contornos em imagens digitais
Souza, A. F.
INPE-13725-TDI/1048
Fonseca, Leila Maria Garcia (presidente)
Banon, Gerald Jean Francis (orientador)
Oliveira, João Ricardo de Freitas
Braga Neto, Ulisses de Mendonça
Lotufo, Roberto de Alencar
2005-05-24
A motivação deste trabalho parte da observação de algumas limitações do plano discreto, em especial àquelas relacionadas com a extração de esqueletos e contornos. O objetivo é a superação destas limitações. A metodologia consiste em utilizar transformações de domínio. A principal contribuição é a introdução de uma expansão para imagens rotuladas e o estudo de suas propriedades geométricas e topológicas. O trabalho ainda mostra que outras expansões podem solucionar a extração de zonas de influência graduais. ABSTRACT: The motivation of this work comes from the observation of some discrete plane limitations, especially those related with the skeleton and contour extraction. The objective is to overcome these limitations. The methodology consists of using domain transformations. The main contribution is the introduction of an expansion for labeled images and the study of its geometric and topologic properties. The work shows yet that other expansions can solve the extraction of gradual influence zones.
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2006
Sistemas de controle difuso com escalonamento de ganhos parametrizado pela referência (FRGS)
Araujo Filho, J. E.
INPE-14168-TDI/1085
Silva, José Demisio da (presidente)
Sandri, Sandra Aparecida (orientador)
Kienitz, Karl Heintz
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutoso
Yoneyama, Takashi
Rios Neto, Atair
2006-06-13
Uma nova classe de sistemas de controle difuso não-lineares e adaptativos denominada sistemas de controle difuso com escalonamento de ganhos indexados pela referência (FRGS), que combina as características adaptativas de controladores com escalonamento de ganhos e as características não-lineares do método de controladores difusos (fuzzy), a proposta. Além de incorporar a experiência de operadores humanos, esta abordagem permite incluir conhecimento sobre a variação nos conceitos relacionados nas funções de pertinência, diante de mudanças nas condições de operação do sistema com o qual se está interagindo. Este conhecimento permite que a superfície de controle se adapte, quando necessário, nas alterações das condições de operação, principalmente determinadas pela referência (set-point) ou outros sinais exógenos representando ou relacionados a objetivos, contexto, ambiente, distúrbio de carga etc. Ao ajustar os parâmetros do sistema difuso através de modificações introduzidas nas propriedades das funções de pertinência de acordo com diferentes condições de operação, esta abordagem pode ser aplicada tanto no projeto de controladores quanto em sistemas de suporte a decisão, ou na modelagem de sistemas dinâmicos. ABSTRACT: A new class of adaptive, nonlinear and fuzzy systems titled Fuzzy Reference Gain-Scheduling (FRGS) systems, which combines the adaptive features of gain-scheduling along with the nonlinear characteristics of fuzzy controllers, is presented here. Besides the experience of human operators are incorporated by the parameters of control, this approach can include knowledge about variation in the concepts un-derlying the membership functions, due to changes in operational conditions. This knowledge allows the control surfaces to adapt as required by operational conditions, mainly determined by the reference (set-point) or some exogenous signals representing or related to goals, context, environment, load disturbance etc. When setting up the parameters of the fuzzy system through the modifications introduced in the membership function properties according to different operational conditions this approach can be applied to control design as well as to fuzzy decision support systems or dynamical system modelling.
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Nested-ca: a foundation for multiscale modelling of land use and land cover change
Carneiro, T. G. S.
INPE-14702-TDI/1227
Rosa, Reinaldo Roberto (presidente)
Câmara, Gilberto (orientador)
Monteiro, Antônio Miguel Vieira (orientador)
Campos Velho, Haroldo Fraga de
Valeriano, Dalton de Morisson
Veldkamp, Tom
Celes Filho, Waldemar
2006-06-09
Este trabalho apresenta a base matemática do modelo chamado Autômatos Celulares Aninhados (Nested-CA), um modelo de computação destinado ao desenvolvimento de modelos de mudança de uso e cobertura do solo em múltiplas escalas. As principais propriedades do modelo nested-CA são descritas e comparadas aos modelos de computação baseados em agentes e em autômatos celulares. O modelo nested-CA foi implementado em uma ambiente computacional, chamado TerraME, que oferece uma linguagem de alto nível para a descrição de modelos, um conjunto de estruturas de dados espaço-temporais para a representação e simulação dos modelos, um modulo para o gerenciamento e análise de dados espaço-temporais integrado a um sistema de informações geográficas, e um conjunto de funções para calibração e validação dos modelos. As decisões de projetos envolvidas no desenvolvimento do ambiente de modelagem TerraME são descritas. A arquitetura do ambiente é detalhada e suas principais propriedades são comparadas com outras plataformas de modelagem: Swarm, STELLA, e GEONAMICA. Finalmente, o conceito de nested-CA e o ambiente TerraME são demonstrados em duas aplicações de mudança de cobertura do solo para a Amazônia brasileira. ABSTRACT: This work presents the mathematical foundations of the Nested Cellular Automata (nested-CA) model, a model of computation for multiple scale Land Use and Land Cover Change studies. The main properties of nested-CA model are described and compared to the agent-based and cellular automata models of computation. The nested- CA model has been implemented in a software environment, called TerraME (Terra Modeling Environment), which provides a high-level modeling language for model description, a set of spatiotemporal data structures for model representation and simulation, a module for spatiotemporal data management and analysis integrated to a geographic information system, and a set of functions for model calibration and validation. We describe the main design choices involved in the development of the TerraME modeling environment. Its architecture is detailed and the main properties are compared with other modeling tools: Swarm, STELLA, and GEONAMICA. Finally, the concept of nested-CA and the TerraME architecture are demonstrated in two applications of land cover change in the Brazilian Amazon.
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Uma nova estratégia de otimização de arranjos interferométricos aplicada ao Brazilian Decimetric Array
Faria, C.
INPE-14171-TDI/1086
Rosa, Reinaldo Roberto, (presidente)
Sawant, Hanumant Shankar, (orientador)
Stephany, Stephan, (orientador)
Chamon, Marco Antonio
Campos Velho, Haroldo Fraga de
Mascarenhas, Nelson Delfino d'Ávila
Saito, José Hiroki
2006-03-20
Arranjos radiointerferométricos realizam medidas da transformada de Fourier da distribuição de brilho de uma radiofonte sobre um conjunto finito de componentes de freqüências espaciais. É possível através das componentes amostradas por um arranjo reconstruir a distribuição de brilho da fonte utilizando uma transformada inversa de Fourier. A qualidade da imagem reconstruída depende fortemente da configuração do arranjo de antenas utilizado na observação, uma vez que, esta determina a função de amostragem no plano de Fourier. Este trabalho propõe uma nova estratégia para otimização de arranjos interferométricos a qual é baseada na medida de entropia da distribuição dos pontos amostrados no plano de Fourier. Um otimizador estocástico, baseado no comportamento de uma colônia de formigas, é utilizado para iterativamente refinar as configurações candidatas. Resultados obtidos pela estratégia proposta na otimização de arranjos genéricos são apresentados e podem ser comparados com resultados obtidos por outras abordagens. A estratégia proposta também foi aplicada no projeto do Brazilian Decimetric Array (BDA), um arranjo interferométrico que está sendo construído no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais para observação solares na faixa decimétrica. Resultados correspondentes à cobertura do plano de Fourier, feixe sintetizado e os níveis dos lóbulos laterais deste são apresentados, os quais foram obtidos por uma configuração otimizada do BDA pela estratégia proposta são apresentados, e comparados aos resultados obtidos com uma configuração T originalmente proposta para o BDA. ABSTRACT: Radio interferometric arrays measure the Fourier transform of the sky brightness distribution in a finite set of points that are determined by the cross-correlation of different pairs of antennas of the array. The sky brightness distribution is reconstructed by the inverse Fourier transform of the sampled visibilities. The quality of the reconstructed images strongly depends on the array configuration, since it determines the sampling function and therefore the points in the Fourier Plane. This work proposes a new optimization strategy for the array configuration that is based on the entropy of the distribution of the samples points in the Fourier plane. A stochastic optimizer, the Ant Colony Optimization, employs entropy of the point distribution in the Fourier plane to iteratively refine the candidate solutions. Configuration results obtained by the proposed strategy are shown for optimized configuration of generic radio interferometric array, and can be compared to the results obtained with standard approaches. The proposed strategy was also applied in the design of the Brazilian Decimetric Array (BDA), a radio interferometric array that is currently being developed for solar observations at the Brazilian Institute for Space Research. Configurations results corresponding to the Fourier plane coverage, synthesized beam and sidelobes levels are shown for an optimized BDA configuration obtained with the proposed strategy and, compared to the results for a standard T array configuration that was originally proposed.
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Uso de controle geométrico em sincronização aplicado à estimação de parâmetro de sistemas dinâmicos
Freitas, U. S.
INPE-14620-TDI/1199
Campos Velho, Haroldo Fraga de, (presidente)
Macau, Elbert Eistein Nehrer, (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de
Aguirre, Luís Antônio
Piqueira, José Roberto Castilho
2006-12-11
Este trabalho trata da proposição de um método de estimação de parâmetros para sistemas dinâmicos não lineares baseado no uso de técnicas de controle não linear e sincronização. A idéia principal do método é sincronizar o modelo com o sistema e, concomitantemente, estimar os parâmetros do sistema. A sincronização é obtida através de técnicas de controle não linear geométrico e os parâmetros são estimados usando um método adaptativo. As condições para ocorrencia da sincronização são estudadas e a viabilidade do método é avaliada usando exemplos de simulação com os sistemas caóticos de Lorenz e Rössler. ABSTRACT: This work proposes a parameter estimation method for nonlinear dynamical systems based on nonlinear control techniques and synchronization. The central idea of the method is to synchronize the model with the system, and, in parallel, to estimate the systems parameters. Synchronization is achieved by the use of nonlinear geometric control techniques, and the parameters are estimated using an adaptive method. The conditions for synchronization are studied, and the methods feasibility is evaluated using simulation examples with the Lorenz and R¨ossler chaotic systems.
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Desenvolvimento de versões aprimoradas híbridas, paralela e multiobjetivo do método da otimização extrema generalizada e sua aplicação no projeto de sistemas espaciais
Galski, R. L.
INPE-14795-TDI/1238
Yanasse, Horacio Hideki, (presidente)
Ramos, Fernando Manuel, (orientador)
Sousa, Fabiano Luis de, (orientador)
Stephany, Stephan
Silva, José Demisio Simões da
Von Zuben, Fernando José
Orlande, Hélcio Rangel Barreto
2006-09-22
Em De Sousa (2002), o algoritmo GEO Generalized Extremal Optimization foi desenvolvido. O GEO é uma generalização que estendeu a aplicabilidade da meta-heurística EO Extremal Optimization (Boettcher e Percus, 2001) virtualmente a qualquer problema de otimização. O GEO, assim como o EO inspira-se no modelo simplificado do processo evolutivo desenvolvido por Bak e Sneppen (1993). Como acontece com qualquer método novo, uma quantidade significativa de estudo deve ser efetuada, de modo a desenvolver o potencial presente no método original. Esta Tese de Doutorado tem como principal objetivo explorar as potencialidades do GEO, aprofundar os estudos do mesmo visando obter versões mais eficientes e, ao mesmo tempo, preocupando-se em expandir sua aplicabilidade. Dentro desse contexto, é efetuado o desenvolvimento de uma versão paralelizada do algoritmo GEO, denominada GEOPAR-1 e a análise de seu desempenho. Almeja-se, com isso, comprovar a eficiência do GEO como algoritmo e permitir sua aplicação no projeto otimizado de sistemas espaciais complexos onde o alto desempenho computacional é uma necessidade. Atualmente, é comum o emprego de técnicas de hibridização, para melhorar as características dos algoritmos de otimização. Nesta Tese, tais técnicas são utilizadas no desenvolvimento de versões hibridizadas do algoritmo GEO, onde se buscou incorporar ao mesmo características presentes em outros algoritmos de modo a aumentar sua eficiência quando aplicado a problemas em geral ou, ao menos, aumentar sua eficiência em aplicações específicas. Um outro campo de estudo é o da otimização multiobjetivo. Neste campo, um dos resultados dos estudos efetuados é o desenvolvimento de um novo algoritmo de otimização multiobjetivo, chamado M-GEO. A fim de avaliar seu desempenho, todos os algoritmos desenvolvidos nesta Tese são testados com diversas funções teste comuns na literatura da área. Além disso, a fim de comprovar a real capacidade de otimização das versões desenvolvidas, algumas são utilizadas para a otimização de sistemas espaciais reais: o projeto térmico dos radiadores da Plataforma Multimissão (PMM) do INPE e a obtenção da configuração de uma constelação de satélites de sensoriamento remoto. ABSTRACT: In De Sousa (2002), the GEO Generalized Extremal Optimization algorithm was developed. GEO is a generalization that has extended the applicability of the EO Extremal Optimization meta-heuristic (Boettcher and Percus, 2001) to virtually any optimization problem. Both GEO and EO are inspired on the simplified model of the evolutive process developed by Bak and Sneppen (1993). As it happens with most new method, a reasonable amount of study must be done, in order to fully develop the potential of the original method. This Doctorate thesis has as its main objective to explore GEOs potential, performing deep studies aiming at obtaining more efficient versions and, at the same time, aiming at expanding its applicability. Inside this context, it is done the development of a parallel version of the GEO algorithm, named GEOPAR-1 and a performance analysis. The objective is to validate GEOs efficiency as algorithm and to allow its application in the optimized design of complex spatial systems where computational high performance is a necessity. Nowadays, it is common the usage of hybridization techniques to improve the optimization algorithms characteristics. In this Thesis, such techniques are applied to the development of hybrid versions of the GEO algorithm, where characteristics of other algorithms are incorporate in GEO in order to improve its efficiency when applied to problems in general or, at least, to improve its efficiency when applied to specific problems. Another field of study is multiobjective optimization. In this field, one result from the studies that were done is the development of a new multiobjective optimization algorithm, called M-GEO. In order to evaluate its performances, all algorithms developed in this Thesis are tested with several test functions commonly used in the optimization field. Moreover, in order to verify the real capacity of optimization of the developed versions, some of them are used to the optimization of real spatial systems: the thermal design of the radiators of INPEs Multimission Platform (In Portuguese, Plataforma Multimissão - PMM) and in the design of the initial configuration of a remote sensing satellite constellation.
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Algoritmos enumerativos para geração de padrões tabuleiros
Katsurayama, D. M.
INPE-14646-TDI/1206
Ramos, Fernando Manuel, (presidente)
Yanasse, Horácio Hideki, (orientador)
Becceneri, José Carlos
Morábito Neto, Reinaldo
Soma, Nei Yoshihiro
Arenales, Marcos Nereu
2006-06-14
Nesta tese de doutorado focaliza-se o problema da determinação de padrões de corte simples, conhecidos como padrões tabuleiros, ou padrões 1-grupo. São propostos novos métodos exatos e heurísticas para a determinação de padrões tabuleiros restritos e irrestritos. Uma nova heurística para determinação de padrões tabuleiros irrestritos é apresentada. A nova heurística combina mais de uma faixa para compor o melhor padrão, gerando uma maior variedade de padrões do que uma heurística proposta anteriormente na literatura. Propõem-se três métodos exatos para determinação de padrões tabuleiros exatos e restritos. O primeiro método baseia-se no algoritmo enumerativo de Yanasse, Soma e Maculan (2000) para determinação das K-melhores soluções para o problema da mochila unidimensional. O segundo método baseia-se no método da enumeração implícita de Gilmore e Gomory (1963) para resolução do problema da mochila unidimensional irrestrito. O terceiro método é uma versão melhorada do segundo método exato proposto. Os resultados dos testes computacionais realizados indicam que o terceiro método é mais eficiente do que os demais da literatura, em termos de tempos computacionais. ABSTRACT: We focus on the problem of determining special cutting patterns known as checkerboard patterns or 1-group patterns. We propose new exact methods and heuristics for determining constrained and unconstrained checkerboard patterns. A new heuristic for determining unconstrained checkerboard pattern is presented. The new heuristic combines more than one strip to compose the best pattern, generating a larger variety of patterns than the heuristics proposed previously in the literature. Three exact methods for determining constrained exact checkerboard patterns are proposed. The first one is based on an enumerative algorithm proposed by Yanasse, Soma and Maculan (2000) for determining the K-best solutions of the one-dimensional knapsack problem. The second one is based on a Gilmore and Gomorys (1963) implicit enumeration scheme for solving the one-dimensional unconstrained knapsack problem. The third one is an improved version of second method. The results obtained from the computational tests indicate that the third method outperforms previous methods of the literature in terms of execution times.
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Geodiscover: mecanismo de busca especializado em dados geográficos
Silva, F. R. G.
INPE-14662-TDI/1218
Becceneri, José Carlos, (presidente)
Câmara, Gilberto, (orientador)
Banon, Gerald Jean Francis
Fonseca, Frederico Torres
Davis Junior, Clodoveu Augusto
2006-08-24
Dados geográficos estão sendo amplamente utilizados para subsidiar análises e tomadas de decisões em diferentes domínios do conhecimento. O desenvolvimento acelerado da Internet e o aumento de conteúdos digitais disponíveis propiciaram o desenvolvimento de mecanismos de busca que facilitassem a recuperação de informações na Web. Entretanto, estes mecanismos apresentam limitações, principalmente quando se trata da recuperação de conteúdos especializados. Dados geográficos são produzidos por empresas estatais, privadas e por pessoas, mas esses dados não estão disponibilizados de forma sistematizada e não são encontrados na Web por mecanismos convencionais de forma eficiente, pois tais mecanismos não estão preparados para evidenciar este conteúdo. Nesse contexto, esta tese apresenta um mecanismo de busca especializado em descoberta, indexação e classificação de arquivos geográficos disponíveis na Web. Para tanto, foram estabelecidos métodos para descobrir arquivos geográficos disponíveis no ciberespaço por meio da análise combinada do contexto das páginas Web com o conteúdo dos arquivos geográficos. Para a consulta e recuperação dos arquivos indexados foi desenvolvida uma interface amigável. Para avaliar o desempenho do mecanismo implementado em termos de qualidade e abrangência, foram executados testes utilizando os métodos de abrangência e precisão. ABSTRACT: Geospatial data are being broadly used to provide analysis and decisions in different domains of knowledge. The fast development of the Internet and the growth of digital content available led to the development of search engines that facilitate the recovery of information on the Web. However, these engines have limitations mainly when recovering specialized content. Geospatial data are created by local governments, companies and people, but these data are not available in a systematized way and they are not found by conventional search engines in an efficient way therefore such engines are not prepared to uncover this content. In this context, this thesis presents a niche search engine specialized in the discovery, indexing and classification of geospatial data available on the Web. We develop methods to discover geospatial data available on the Web analyzing at the same time the context of Web pages and the content of the geospatial data. A user-friendly interface was developed to query and recover the indexed files. In order to evaluate the search engine performance we used the measures of information retrieval Recall and Precision.
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Mineração de padrões de mudanças em imagens de sensoriamento remoto
Silva, M. P. S.
INPE-14429-TDI/1130
Monteiro, Antonio Miguel Vieira, (presidente)
Câmara, Gilberto, (orientador)
Freitas, Corina da Costa
Santos, Rafael Duarte Coelho dos
Fonseca, Leila Maria Garcia
Feitosa, Raul Queiroz
Mascarenhas, Nelson Delfino D'Ávila
2006-02-03
O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) possui mais de 130 Terabytes de dados de imagens que cobrem 30 anos de atividades de sensoriamento remoto. A disponibilidade deste grande volume de imagens demanda técnicas adequadas de exploração destes acervos. Entretanto, temos uma capacidade limitada para extrair informações a partir destas bases de dados, uma vez que o problema crucial em extração de informações a partir de bancos de imagens de sensoriamento remoto é detectar padrões de mudança. Esta tese apresenta uma proposta para extrair padrões de mudança a partir de imagens de sensoriamento remoto utilizando conceitos de processamento digital de imagens, mineração de dados e ecologia da paisagem. Diante da problemática sócio-ambiental advinda do rápido desflorestamento da Amazônia, este trabalho fornece e avalia recursos para auxiliar na compreensão de processos de mudança de uso do solo, bem como na tomada de decisões inerentes a este domínio. A metodologia desenvolvida foi aplicada em dados de sensoriamento remoto, através de um protótipo computacional, para identificar e analisar processos de desflorestamento em áreas amazônicas. ABSTRACT: The National Institute for Space Research (INPE) holds more than 130 terabytes of image data, which cover 30 years of remote sensing activities. The availability of such huge image set demands appropriate techniques to explore it. However, we have a limited capacity to extract information from these databases, once the main problem of information extraction from remote sensing images is to detect patterns of change. This thesis presents a proposal to extract patterns of change from remote sensing images through concepts of digital image processing, data mining and landscape ecology. Taking into account the social and environmental problems caused by the fast Amazon deforestation, this work supplies and evaluates resources to assist the comprehension of land use and cover change processes, as well decision making procedures related to this domain. The developed methodology was applied in remote sensing data, through a software prototype, to identify and analyze the deforestation processes in Amazon areas.
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Recuperação de perfis verticais de propriedades óticas inerentes a partir da radiação emergente da água
Souto, R. P.
INPE-14195-TDI/1097
Chalhoub, Ezzat Selim, (presidente)
Stephany, Stephan, (orientador)
Campos Velho, Haroldo Fraga de, (orientador)
Ramos, Fernando Manuel
Kampel, Milton
Siewert, Charles Edward
Barbosa, Valéria Cristina Ferreira
Barichello, Liliane Basso
2006-03-28
O presente trabalho propõe uma metodologia para reconstrução de propriedades óticas inerentes de águas naturais, perfis verticais dos coeficientes de absorção e de espalhamento, a partir de dados radiométricos multiespectrais da radiação emergente da água. O problema direto de transferência radiativa é resolvido pelo método LTSN e empregam-se modelos bio-ópticos que correlacionam os coeficientes de absorção e de espalhamento com a concentração de clorofila da água. O correspondente problema inverso foi formulado como um problema de otimização que é iterativamente resolvido por uma metaheurística inspirada no comportamento coletivo das formigas, o método Ant Colony Optimization. Foi incorporado um novo esquema de regularização intrínseca, que consiste na pré-seleção das soluções candidatas a cada geração com base na sua suavidade. Foram efetuadas diversas reconstruções de perfis de concentração de clorofila empregando dados sintéticos com e sem ruído referentes a (i) radiâncias "in situ"com e sem simetria azimutal e (ii) radiâncias multiespectrais emergentes na água, tendo obtidos bons resultados. Adicionalmente foram implementadas versões paralelas do método LTSN e do otimizador. ABSTRACT: The current work proposes a metodology for the reconstruction of inherent optical properties of natural waters, vertical profiles of the absorption and scattering coefficients, from multispectral radiometric data of the radiation emerging from water. The radiative transfer direct model is solved by the LTSN method and bio-optical models are employed to correlate the absorption and scattering coefficients to the chlorophyll concentration in the water. The corresponding inverse problem is formulated as an optimization problem and iteratively solved by a metaheuristics inspired on the behavior of ants, the Ant Colony Optimization method. It was included a new intrinsic regularization scheme that pre-selects candidate solutions at every iteration based on their smoothness. Several reconstructions of the chlorophyll concentration profile were performed using noiseless and noisy synthetic data related to (i) in situ radiances with and without azimuthal symmetry, and (ii) emerging multispectral radiances. These reconstructions yielded good quality solutions. Furthermore, parallel versions of the LTSN method and of the optimizer were implemented.
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Modelo matemático para análise dos efeitos da turbulência em escoamentos bifásicos fluido - partícula
Villa Nova, H. F.
INPE-14030-TDI/1063
Ramos, Fernando Manuel, (presidente)
Travelho, Jerônimo dos Santos, (orientador)
Rosa, Reinaldo Roberto
Hinckel, José Nivaldo
Campos Velho, Haroldo Fraga de
Nascimento, Marco Antônio Rosa
Carroci, Luiz Roberto
2006-02-22
Neste trabalho é analisado o efeito das partículas ou gotas, as quais constituem a fase dispersa, na turbulência da fase contínua (gás ou líquido). Este tipo de análise, a qual é conhecida como modulação da turbulência, busca obter as variações nos termos fontes de geração de energia cinética provocadas pela interação das partículas com o escoamento contínuo. Neste desenvolvimento, emprega-se três tipos de ferramentas matemáticas distintas aplicadas à análise da mecânica dos fluidos: estatística da turbulência, aerodinâmica de partículas e o cálculo computacional da dinâmica dos fluidos (CFD). A estatística da turbulência é empregada para se descrever os escoamentos turbulentos a partir da concentração ou distribuição de vórtices. A partir da análise assintótica encontra-se uma expressão para a função de distribuição de velocidades dos vórtices, a qual é comparada com os resultados experimentais de Castaing et al. (1990). Com o estudo dos efeitos de interação vórtice-partícula, juntamente com a inclus ão dos termos de geração de vórtices na esteira da partícula, encontra-se uma expressão uma equação de variação da energia cinética da turbulência a qual é validada com os resultados experimentais compilados por Crowe (2000). Buscando inserir os efeitos transientes provocados por vórtices de dimensões semelhantes ao diâmetro da partícula da fase dispersa, encontra-se a partir de resultados numéricos, uma expressão analítica para o coeficiente de arrasto de partículas esféricas com comportamento modificado pela passagem de vórtices. Estes resultados numéricos são validados com aqueles obtidos por Kim et al. (1985). Finalmente, obtém-se uma expressão para a variação da energia cinética da turbulência que engloba todos os efeitos considerados acima. ABSTRACT: In this work the effect of particles or drops, which constitute the dispersed phase, is analyzed in the turbulence of the continuous phase (gas or liquid). This type of analysis, which is known as turbulence modulation, searchs to get the variations in the terms sources of generation of kinetic energy provoked by the interaction of particles with the continuum flow. In this development, one uses three types of applied distinct mathematical tools to the analysis of the mechanic of fluid: statistics of the turbulence, particle aerodynamics and the computational fluid dynamics (CFD). The statistics of the turbulence it is used to describe the turbulent flow by concentration or distribution of vortices. From the assintotical analysis an expression for the function of speeds distribution of the vortices meets, which is compared with the experimental results of Castaing et al. (1990). With the study of the interaction effect vortex-particle, together with the inclusion of the terms of generation of vortices in the particle backflow, an expression meets an equation of variation of the kinetic energy of the turbulence which is validated with the experimental results compiled by of Crowe (2000). Searching to insert the transient effect provoked by vortices of similar dimensions to the particle diameter of the dispersed phase, one meets from numerical results, an analytical expression for the coefficient of spherical particle drag with behavior modified by vortices. These numerical results are validated with those gotten by Kim et al. (1985). Finally, an expression for the variation of the kinetic energy of the turbulence is gotten that get all the considered effect above.
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um subsistema extensível para o armazenamento de geo-campos em banco de dados geográficos
Vinhas, L.
INPE-14167-TDI/1084
Monteiro, Antonio Miguel Vieira, (presidente)
Câmara, Gilberto, (orientador)
Santos, Rafael Duarte Coelho dos
Silva, José Demisio Simões da
Sunye, Marcos Sfair
Casanova, Marco Antônio
2006-03-30
Esta tese discute a questão da manipulação de dados geográficos do tipo geo-campos. A abordagem adotada baseia-se na especificação de um subsistema semi-completo, que permite acessar e armazenar geo-campos de diversas naturezas, de maneira unificada. Inicialmente, caracteriza-se detalhadamente as representações matriciais de geocampos. Para essas, apresenta-se um estudo sobre como armazená-las em bancos de dados objeto-relacionais, levantando alguns requisitos e propostas de solução, que consideram questões práticas de eficiência. O resultado materializa-se sob a forma de um subsistema extensível para armazenamento de representações matriciais particionadas e em multiresolução, utilizando bancos de dados objeto-relacionais. Por fim, apresenta-se uma implementação concreta do subsistema, desenvolvida como parte da biblioteca TerraLib, juntamente com alguns exemplos de uso, que demonstram que o subsistema proposto atende a diversos requisitos de manipulação de representações matriciais, especialmente no caso de imagens digitais de sensoriamento remoto. ABSTRACT: This thesis discusses the management of geographical data represented as geo-fields. The approach adopted is to specify a semi-complete subsystem that allows the storage and access to different types of geo-fields in a unified way. Raster representations of geo-fields are first characterized in details. For this kind of representation, a study of the requirements related to their storage in object-relational databases, that includes efficiency considerations, is carried out. The result is materialized as an extensible storage subsystem for tiled multi-resolution raster representations, running on top of object-relational databases. Finally, a concrete implementation, using the TerraLib library, is described, as well as use cases that demonstrate the usefulness of the subsystem, specially when dealing with digital remotely sensed images.
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2007
Climatologia de mesoescala em grade computacional
Almeida, E. S.
INPE- 14797-TDI/1240
Stephan, Stephany, (presidente)
Campos Velho, Haroldo Fraga de, (orientador)
Preto, Airam Jônatas, (orientador)
Panetta, Jairo
Navaux, Philippe Olivier Alexandre
2007-02-27
A determinação da climatologia de modelos meteorológicos, com técnicas de ensemble, necessita recursos computacionais com alto poder computacional devido à grande quantidade de dados que processa. Por se tratar de uma aplicação cuja execução ocorre de forma independente, é adequada para grade computacional pois possibilita que este esforço computacional possa ser dividido por outras máquinas distribuídas geograficamente. Grade computacional consiste de infra-estrutura de hardware e software que provê acesso confiável e consistente a recursos computacionais localizados em pontos geograficamente diferentes. No entanto, problemas relacionados à transferência de dados, armazenamento e escalonamento podem influenciar no desempenho desta aplicação em grade. No Projeto G-BRAMS, os objetivos foram desenvolver metodologia para geração de climatologia em grade computacional; testar 3 (três) plataformas de grade para esta aplicação: OurGrid, CIGRI/OAR e Globus; e disponibilizar pelo menos 10 anos de climatologia do modelo numérico de mesoescala Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS), de três regiões do Brasil (Norte, Nordeste e Sul/Sudeste), para a comunidade. Esta grade é composta de clusters instalados no Laboratório de Computação Aplicada (LAC) e no Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) pertencentes ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) - e no Instituto de Informática (II) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). No entanto, apesar de ter sido comprovado que aglutinar recursos em grade computacional ser viável e funcionar para a execução da climatologia, utilizando um portal, necessitava-se saber se o desempenho da aplicação e se a proposta de uso seriam adequadas para um uso mais extensivo. Desta forma, os objetivos desta tese foram: implementar a climatologia desenvolvida pelo International Research Institute for Climate Prediction (IRI) em grade computacional, compreender o funcionamento da execução da climatologia mensal de três anos (janeiro de 1996 a dezembro de 1998) do BRAMS (teste de conceito de 3 anos), na grade computacional do projeto G-BRAMS e fazer uma análise mais refinada do comportamento e do desempenho efetivo da climatologia no ambiente desta grade, por meio da temporização do processamento em cada nó e da transmissão dos dados. Verificou-se que a metodologia desenvolvida para a climatologia é robusta em uma grade dedicada com portal dedicado. A questão da armazenagem/transferência dos dados e das falhas ocorridas na grade devem ser melhor tratadas para garantir o desempenho da aplicação. ABSTRACT: Establishing the climatology of meteorological models with ensemble techniques demands high computational power due to the huge amount of data to be processed. Being an application whose execution is independent, it is suitable for computational grid since it allows the computational effort to be shared with other geographically distributed machines. Computational grids consist of hardware and software infrastructure that provides trustworthy and consistent access to computational resources located at different geographical places. However, problems related to data transferring, storage and scheduling may influence application performance in a grid. G-BRAMS Project goals have been to develop a methodology for the generation of climatology in computational grid; to test 3 (three) grid platforms for this application: OurGrid, CIGRI/OAR and Globus; and to provide at least 10 years of the mesoscale model Regional Brazilian Atmospheric Modeling System (BRAMS) climatology for the community, for three regions of Brazil (North, Northeast and Southeastern/South). This grid comprises clusters installed at the Laboratório de Computação Aplicada (LAC), at the Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) - belonging to the Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) - and at the Instituto de Informática (II) of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). However, although it has been proven that agglutinating resources in computational grid is viable and works for climatology generation using a portal, it was unknown if the application performance and the proposed use would be adequate for more extensive use. In this way, the objectives of the experiment described here have been: to implement the climatology developed by International Research Institute for Climate Prediction (IRI) in the computational grid; to understand how works the execution of the three-year monthly climatology (January-1996 to December-1998) of the BRAMS (three-year concept test) in the computational grid of G-BRAMS project; and to make a more refined analysis of the behavior and of the effective performance of the climatology in the environment of this grid, through the temporization of application processing in each node and data transmission. The results had shown that the developed scheduling works for a dedicated grid with dedicated portal. It was observed a performance fall of the application due to non-availability of the grid and to data communication time. It was verified that the methodology developed for the climatology is robust in a dedicated grid with dedicated portal. The question of data storage/transfer and of failures occurred on the grid must be better treated to guarantee the performance of the application.
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Modelagem computacional de mudanças incrementais em objetos espaciais da realidade social
Dias, T. L.
INPE--TDI/
2007-08-17
A realidade social é determinada por uma variedade de fenômenos sociais que promovem mudanças pré-definidas, inter-relacionadas e que dependem da cognição humana. Essas mudanças são denominadas incrementais, pelas propriedades dos objetos espaciais afetados serem consideradas estáveis até a ocorrência de uma nova mudança. Essas modificações, geralmente, são conseqüências de atividades humanas, cuja semântica espaço-temporal está associada ao domínio de aplicação. Esta tese se concentra na modelagem de mudanças incrementais em objetos espaciais e, para essa finalidade, apresenta um modelo baseado em três categorias de mudanças incrementais: mudanças básicas (mudanças fundamentais na identidade, forma geométrica ou características descritivas de objetos espaciais), mudanças atômicas (uma coleção de mudanças básicas que devem ocorrer ao mesmo tempo), e atividades, incluídas em planos de ação. As atividades são definidas utilizando o mesmo conjunto de operações atômicas e básicas e adotando-se uma estratégia de composição de operações bottomup. A proposta está centrada na obtenção da história dos objetos espaciais, recuperando as operações executadas com os geo-objetos envolvidos em cada atividade realizada pelo Sistema de Informação Geográfico (SIG). As contribuições da proposta na definição do modelo de atividades de mudanças incrementais e na descrição de sua história são exploradas através de um exemplo de parcelamento do solo, em uma aplicação de cadastro urbano. ABSTRACT: The social reality is determined by a variety of social phenomena that promote predetermined and interrelated changes, which depend on human cognition. They are called incremental changes, due to the fact they are considered to be stable until a new change occurs. Incremental changes occur generally as a result of human actions, and their spatio-temporal semantics is associated with the application domain. This thesis focuses on modeling incremental changes in spatial objects, and, for that purpose, presents a model based on three categories of incremental changes: basic changes (fundamental changes on the identity, geometric shape or descriptive characteristics of spatial objects), atomic changes (a collection of basic changes that must occur at the same time), and activities, included in change plans. Activities are defined using the same set of atomic and basic operations, adopting a bottom-up strategy. The proposal of this thesis is centered in obtaining the history of spatial objects, through the recovery of the operations on each involved geographic object, in each activity performed by the GIS. Contributions of this proposal in the definition of a model for incremental change activities are explored through an example of urban land parceling, in an urban cadastre application.
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Classificação imprecisa de dados baseada em lógica difusa e teoria de possibilidades
Drummond, I. N.
INPE-15325-TDI/1368
Silva, José Demisio Simões da, (presidente)
Carvalho, Solon Venâncio de, (orientador)
Sandri, Sandra Aparecida, (orientadora)
Freitas, Corina da Costa
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso
Ribeiro, Carlos Henrique Costa
Wainer, Jacques
2007-09-14
Este trabalho aborda estrat´egias de classifica¸cao de dados em espa¸cos multidimensionais, que tem por base a l´ogica difusa e a teoria de possibilidades. Sao apresentados m´etodos de classifica¸cao que retornam distribui¸coes de possibilidade para cada elemento do conjunto de dados, al´em de uma cole¸cao de ´ýndices de classifica¸cao que auxiliam na busca pelo melhor classificador impreciso. Uma fam´ýlia parametrizada de classificadores imprecisos ´e definida a partir da distribui¸cao de possibilidade proveniente de um m´etodo de classifica¸cao, e com base nos ´ýndices de classifica¸cao definem-se os conceitos de precisao, imprecisao parcial e imprecisao completa para o classificador. Estes ´ýndices favorecem o processo de combina¸cao de classificadores, permitindo que seja ponderado o n´ývel de imprecisao aceit´avel para uma aplica¸cao espec´ýfica, de acordo com as necessidades do usu´ario. ´E proposto o modelo de classifica¸cao AGRUP, um algoritmo supervisionado, baseado em agrupamento, que gera distribui¸coes de possibilidade associadas a todos os elementos do conjunto de dados, a partir da aplica¸cao de rela¸coes de similaridade. Por fim, na busca pela classifica¸cao precisa, uma heur´ýstica pode ser empregada, como o refinamento pela vizinhan¸ca, onde uma classifica¸cao imprecisa obtida em termos de classes puras e compostas ´e reduzida a classes puras somente. A classifica¸cao propriamente dita ´e feita no espa¸co de atributos, enquanto que a vizinhan¸ca ´e feita no espa¸co do problema. As abordagens propostas sao testadas em diferentes aplica¸coes: classifica¸cao de imagens de ressonancia magn´etica (RM) do c´erebro, imagens de sat´elite, al´em do conjunto de dados que representam registro de queda na distribui¸cao de energia em subesta¸coes el´etricas e de dados do Projeto GeoSchisto, relacionados `a distribui¸cao da esquistossomose no estado de Minas Gerais. Os resultados obtidos apontam para a viabilidade das estrat´egias propostas, no que diz respeito `a flexibilidade, aplicabilidade e acur´acia, tanto em dados sint´eticos, quanto em dados reais. ABSTRACT: This work approaches strategies of data classification in multidimensional spaces, based on fuzzy logic and possibility theory. Classification methods that can yield possibilistic valuations as output for each element of the data set are presented, in addition to a collection of classification indexes that aid in finding the best imprecise classifier. A parameterized family of imprecise classifiers is defined from the possibilistic valuations provided by a given classification method and, based on classification indexes, accuracy measures for partial imprecision and complete imprecision are also defined for the classifier. These indexes favor the process of combination of classifiers, allowing a level of acceptable imprecision for a specific application, in agreement with the users needs. The classification model, named AGRUP, is proposed in this work as a supervised algorithm based on a clustering approach, that generates possibilistic valuations associated to all elements of the data set, by the application of similarity relations on the cluster prototypes. Finally, in the search for the precise classification, a neighborhood heuristic can be employed as a refinement process, where an imprecise classification, obtained in terms of pure and composed classes, is reduced to pure classes only. The classification process is made in the space of attributes, while the neighborhood heuristic is made in the space of the problem. The proposed approaches are tested in different applications: classification of magnetic resonance images of the brain, satellite images, besides the data set representing the origin of sags registered in eletricity distribution substations and another data set obtained from the GeoSchisto Project, related to the distribution of the Schistossomosis disease in the state of Minas Gerais, Brazil. The achieved results point to the viability of the proposed classification approaches, concerning the flexibility, applicability, accuracy, no matter whether synthetic or real, noisy or noiseless data are being classified.
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Uma arquitetura para geração de interfaces adaptativas para dispositivos móveis
Ito, G. C.
INPE-15146-TDI/1278
Silva, José Demisio Simões da, (presidente)
Sant'Anna, Nilson, (orientador)
Ferreira, Maurício Gonçalves Vieira, (orientador)
Carvalho, Solon Venâncio de, (orientador)
Vijaykumar, Nandamudi Lankalapalli
Ciferri, Ricardo Rodrigues
Oliveira, Henrique Jesus Quintino de
2007-08-03
O desenvolvimento de sistemas para o ambiente móvel é considerado complexo devido ao grande número de aspectos a serem analisados, como constantes mudanças de localização e a grande diversidade de dispositivos. Nesse contexto surge a necessidade de uma maior flexibilidade para a modelagem e a construção de sistemas. Este trabalho propõe uma arquitetura para a geração de interfaces adaptativas para dispositivos móveis (GIA) cujo objetivo é permitir uma implementação voltada a um ambiente multi plataforma, partindo de uma descrição genérica da interface. Além disso, deseja-se que os especialistas como desenvolvedores de software e designers possam implementar interfaces tanto para desktops e computadores de mão, sem a necessidade de programação adicional. Para tal, este trabalho apresenta um ambiente de desenvolvimento com o objetivo de integrar o reconhecimento de múltiplos dispositivos em tempo de execução a uma metodologia de fragmentação de código. Esta metodologia consiste em particionar uma interface Web dentro de um conjunto de subpáginas gerando um menu de conteúdos de forma hierárquica para facilitar a navegação em diversos tipos de dispositivos. Para a validação da arquitetura GIA, apresenta-se um estudo de caso com testes realizados em simuladores de telefones celulares e PDAs. ABSTRACT: The development of systems for the mobile environment is considered complex due to the great number of aspects to be analyzed, such as constant changes of localization and the great diversity of devices. In this context the necessity of more flexibility for the modeling and implementation of systems appears. This thesis presents an architecture for the Generation of Adaptive Interfaces (GAI) and its objective is to allow an implementation directed to a multiplatform environment, which starts from a generic description of the interface. Moreover, the desire is that the specialists, such as the software programmers and the interface designers can implement interfaces for desktops and mobile devices, without the necessity of additional programming. Thus, this study aims at to consider a development environment with the purpose to integrate the recognition of multiple mobile devices in time of execution to a methodology of division of a page in blocks of diverse sizes. This methodology consists of partitioning a Web interface inside a set of sub-pages generating a menu of contents in a hierarchic form to facilitate the navigation in several types of devices. For the validation of GIA architecture, this thesis presents a case study with tests applied to cellular phones simulators and PDAs.
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Visualização de dados geográficos dirigida pelo modelo conceitual OMT-G
Oliveira, M. P. G.
INPE-15244-TDI/1331
Monteiro, Antonio Miguel Vieira, (presidente)
Câmara, Gilberto, (orientador)
Vinhas, Lúbia
Fonseca, Frederico Torres
Davis Junior, Clodoveu Augusto
2007-08-17
Os usuários de diferentes domínios de conhecimento, apesar de terem familiaridade com os dados com os quais estão trabalhando, na maioria das vezes não conhecem as estruturas e os códigos utilizados para seu armazenamento em sistemas gerenciadores de bancos de dados (SGBD) e nem as técnicas mais adequadas para a visualização e análise desses dados. O que ocorre na realidade é que o usuário participa ativamente da elaboração do projeto conceitual de sua aplicação, mas tem que interagir com o esquema físico do banco de dados para construir suas análises. Nesse contexto, esta tese propõe o Método para Apoio à Visualização da Informação (MAVI). Esse método orienta o usuário sobre a escolha de técnicas adequadas para visualização de dados geográficos, classificados por suas características espaciais, temporais e convencionais. O método se apóia na conexão entre um esquema conceitual, desenvolvido usando o modelo OMT-G, e em um esquema físico correspondente para criar uma estrutura que permite obter as características de representação do dado no nível físico a partir de nomes e termos usados no projeto conceitual. Paralelamente, utiliza-se um catálogo de técnicas de visualização classificadas pelas características dos dados que cada técnica pode apresentar e pelo tipo de análise que a técnica provê. Por meio do cruzamento das características dos dados com as técnicas classificadas, o usuário, utilizando conceitos que lhe são familiares, obtém uma relação de técnicas de visualização adequadas à análise exploratória dos dados por ele indicados. A contribuição principal da tese envolve a interação direta do usuário com termos do esquema conceitual, gerando resultados apoiados no esquema físico do banco de dados geográfico subjacente. ABSTRACT: Even though users from various knowledge domains are familiar with the data they work with, most of the time they do not know the coding and the structure used for their storage in database management systems, nor the most adequate ways to visualize and analyze those data. In practice, users actively participate in the creation of conceptual schemas for applications development, while later they are required to interact with the physical database schema in order to perform visualization or analysis tasks. In this context, this thesis proposes MAVI, a method to support information visualization. This method guides the user about the selection of visualization techniques for geographic data, characterized by their spatial, temporal, and descriptive attributes. The method is based on the connection between an OMT-G conceptual schema and a corresponding physical schema, in order to create a structure that allows the retrieval of physical representation characteristics from names and terms used in the conceptual design. In parallel to that, a catalog of visualization techniques has been created, describing the characteristics of the input data required by each technique and the types of analysis that the technique can provide. By cross-comparing the characteristics of the data with the requirements of the techniques, the user, based only on terms and concepts that are familiar to him, can obtain a list of visualization techniques that are adequate for his purposes. The main contribution of the thesis includes the direct interaction of the user with terms from the conceptual schema, generating results that are based on the underlying physical database schema.
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Relaxação langrangena com divisão em clusters para alguns problemas de otimização modelados em grafos de conflitos
Ribeiro, G. M.
INPE-15204-TDI/1304
Yanasse, Horacio Hideki (presidente)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Senne, Edson Luiz Franca
Maculan Filho, Nelson
Cunha, Cláudio Barbieri da
2007-11-28
Muitos problemas de otimizaçãoo combinatória podem ser modelados por meio de um grafo especial denominado grafo de conflitos. Quando estes grafos apresentam-se esparsos, bem adaptados para uma fase de particionamento, ou seja, quando apresentam agrupamentos de vértices bem definidos (clusters), as arestas que conectam os clusters podem ser relaxadas no sentido lagrangeano, e o problema relaxado pode ser decomposto e resolvido. Essa é a idéia da relaxação lagrangeana com clusters (LagClus) proposta neste trabalho. A vantagem desta relaxação reside no fato de que os subproblemas gerados apresentam estruturas semelhantes às do problema original, consequentemente, os limitantes duais obtidos sao melhores que os de uma relaxação lagrangeana tradicional sobre todas as arestas do grafo de conflitos. A LagClus foi aplicada com exito a Problemas como o da Rotulação Cartográfica de Pontos (PRCP), do Carregamento de Paletes do Produtor (PCPP), da Estivagem de Unidades de Celulose (PEUC) e da Programa¸cao Diária de Imagens de um Satélite de Observação (PPDISO). Por outro lado, a decomposição do grafo de conflitos permite com que o problema seja modelado segundo a decomposição Dantzig-Wolfe, em que o Problema Mestre Restrito (PMR) é formado pelas restrições de acoplamento (restrições de conexão dos clusters) e o subproblema gerador de colunas, pelos clusters definidos no particionamento. Resultados computacionais comprovam a equivalencia entre a LagClus e essa decomposição. Seguindo a linha dos modelos matemáticos, este trabalho ainda apresenta novas formulações matemáticas para o PRCP, PEUC e PPDISO que foram baseadas na teoria de cortes. Resultados computacionais, principalmente para o PPDISO, mostram que a inserção de cortes adequados leva a formulações mais fortes que em um tempo computacional reduzido, permitem encontrar a solução ótima de várias instancias presentes na literatura. ABSTRACT: Several combinatorial optimization problems can be modeled by a special graph denoted conflict graph. When these graphs are sparses well-adapted for a previous clustering phase, i.e, when they have clusters of vertices, the edges inter clusters can be relaxed in a lagrangean fashion, and the relaxed problem can be decomposed into sub problems and solved. This is the idea of the lagrangean relaxation with clusters (LagClus). The sub problems have similar structure of the original problem. Therefore the dual bounds are better than the traditional lagrangean relaxation over all edges of the conflict graph. This is the main advantage of the LagClus. We successful applied the LagClus over different problems present in the literature: Point-Feature Cartographic Label Placement Problem (PFCLP), Manufacturers Pallet Loading Problem (MPLP), Woodpulp Stowage Problem (WSP) and Daily Photograph Scheduling Problem of an Earth Observation Satellite (DPSPEO). The decomposition of the conflict graph allows us to model the problem using the Dantzig-Wolfe decomposition, where the Restricted Master Problem (RMP) is defined by coupling constraints (all edges connecting the clusters) and the sub problem by the clusters obtained in the partitioning phase. Computational results show the equivalence between LagClus and this decomposition. This work also presents new mathematical formulations for three problems: PFCLP, WSP and DPSPEO. All these formulation are based on cutting theory. Computational tests, mainly for DPSPEO, show that when we insert interesting cuts generating new formulations, the optimal solutions can be found very quickly.
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Recuperação de perfis de temperatura e umidade da atmosfera a partir de dados de satélite - abordagens por redes neurais artificiais e implementação em hardware
Shiguemori, E. H.
INPE--TDI/
Ramos, Fernando Manuel (presidente)
Campos Velho, Haroldo Fraga de (orientador)
Silva, José Demisio Simões da (co-orientador)
Machado, Luiz Augusto Toledo
Liang, Zhao
Braga, João Pedro
2007-05-22
Esta tese aborda o uso de redes neurais na solu¸cao do problema inverso para recuperar perfis verticais de temperatura e umidade da atmosfera a partir de dados de sat´elites. As redes neurais artificiais sao apresentadas como m´etodos alternativos na recupera¸cao de dados atmosf´ericos, problemas estes considerados mal-postos que requerem t´ecnicas num´ericas avan¸cadas, como regulariza¸cao, quando resolvidos por m´etodos cl´assicos. Sao estudadas diferentes redes neurais, a rede Perceptron de Camadas M´ultiplas com aprendizagem por retropropaga¸cao do erro, a rede Fun¸coes de Base Radial, a rede de Hopfield, al´em de uma varia¸cao da rede Fun¸coes de Base Radial, com dados de diferentes sensores e regioes do planeta. A an´alise de desempenho dos modelos de redes ´e feita apresentando-se dados nao usados no treinamento, adicionando-se ru´ýdo gaussiano e dados reais medidos por sat´elites. Os perfis verticais de temperatura obtidos pela t´ecnica sao pr´oximos aos obtidos por medidas de radiossondagem e comparados com resultados obtidos pelo m´etodo cl´assico de solu¸cao de problemas inversos, a regulariza¸cao. ´E realizada uma implementa¸cao num dispositivo l´ogico program´avel possibilitando que a estima¸cao dos dados atmosf´ericos seja realizada em tempo-real e embarcada em sat´elites. ABSTRACT: This thesis presents Artificial Neural Networks for inverse problem solution to recover atmospheric temperature and moisture profiles from satellite data. The Artificial Neural Networks are presented as alternative methods in the solution of inverse problems in the atmospheric data retrieval, considered ill-posed problems and requiring advanced numerical techniques to solve them, e. g. regularization methods, when solving by classic methods. Different neural networks are studied, the MultiLayer Perceptron, Radial Basis Function, Hopfield neural networks, and also a variation of the Radial Basis Function. Different kinds of atmospheric sensors of different satellites, and also tested with Global and Brazil data. The analysis of neural networks models is done presenting the data not used in training phase, adding gaussian noise and satellite data. The temperature and moisture profiles obtained by the neural networks are near of radiosonde measurements and are compared with the ones obtained by classic method of inverse problem solution, the regularization method. A hardware implementation in programmable logic device is done and the real-time and on-board atmospheric temperature and moisture retrieval are enable.
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Uma metodologia para detecção de ataques no tráfego de redes baseada em redes neurais
Silva, L. S.
INPE-15175-TDI/1292
Stephan, Stephany, (presidente)
Silva, José Demisio Simões da, (orientador)
Montes Filho, Antonio, (orientador)
Guedes, Ulisses Thadeu Vieira
Cansian, Adriano Mauro
Pinto, João Onofre Pereira
Imamura, Osvaldo Catsumi
2007-05-25
A fim de precaver-se contra situações inesperadas e indesejadas e impedir a proliferação dos ataques continuamente lançados contra diferentes alvos na rede, são implantados mecanismos de proteção, tais como firewalls, antivírus, sistemas de autenticação, mecanismos de criptografia e sistemas de detecção de intrusão nos ambientes de rede por todo o mundo. Os sistemas de detecção de intrusão compõem uma parte essencial da infra-estrutura de segurança em camadas e tem por objetivo a análise de dados de auditoria de hosts ou dados do tráfego de rede em busca de eventos suspeitos ou ataques lançados contra redes ou sistemas. Diversas técnicas para reconhecimento de eventos de intrusão têm sido propostas e disponibilizadas em forma de ferramentas de domínio público ou soluções comerciais. Entretanto, observa-se a necessidade de uma metodologia de fácil aplicação que sirva de apoio aos analistas nas tarefas para detecção de ataques a redes. Portanto, esta tese propõe uma metodologia de apoio à detecção de ataques no tráfego de redes, baseada em redes neurais, provendo métodos, técnicas e ferramentas para modelagem e tratamento de dados, para geração de tráfego normal e anômalo para treinamento e testes de modelos de detecção e métodos para detecção de ataques no tráfego de rede baseados em redes neurais. Também são apresentadas informações sobre atualização de bases de assinaturas e de tráfego normal, bem como informações sobre análise de comportamento do tráfego. Os estudos de casos realizados comprovaram a factibilidade da metodologia proposta para detecção de ataques no tráfego HTTP, com base principal na aplicação de redes neurais para análise de dados de pacotes de rede. ABSTRACT: In order to be cautious against unexpected and undesired situations and to prevent the proliferation of attacks continuously launched to different targets in the network, protection mechanisms like firewalls, antivirus, authentication system, cryptography and intrusion detection systems are installed in network environments all over the world. Intrusion detection systems compose an essential part of the infrastructure of in-layer security and its objective is to analyze audit trails data of hosts or network traffic data in order to search suspected events or attacks against network or systems. Several techniques to recognize intrusion events have been proposed, from public domain tools to commercial solutions. However, a methodology of easy application to aid the analysts in the tasks for network attack detection is necessary. Thus, a neural network-based methodology to aid analysts in detecting attacks on the network traffic is proposed in this thesis. This methodology provides strategies, methods, techniques, and tools to model and treat data, to generate normal and anomalous traffic used for training and testing of detection models and methods for attack detection on the network traffic based on neural networks. Also, it provides information about signature and normal traffic databases updating, as well as information about computer network traffic behavior analysis. Studies of cases had disclosed the possibility of efficient use of the proposal methodology to detect attacks in computer network HTTP traffic, with emphasis in the application of neural networks to analyze network packet data.
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Uma abordagem integrada para gestão e simulação de processos e sua aplicação à gerência de projetos
Travassos, P. R. N.
INPE-14819-TDI/1259
Carvalho, Solon Venâncio de, (presidente)
Kienbaum, Germano de Souza, (orientador)
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso, (orientador)
Silva, José Demísio Simões da, (orientador)
Gattaz Sobrinho, Fuad
Pacheco, Oscar Ivan Palma
2007-03-23
Este trabalho apresenta os fundamentos conceituais de uma abordagem inovadora, visando a integração e padronização na aplicação de técnicas de modelagem, de simulação e de gestão automática de modelos de processos. Estas técnicas, embora já bastante utilizadas na gestão de processos, são tradicionalmente aplicadas no ciclo de vida do desenvolvimento de seus modelos de forma autônoma e complementar, ao passo que a presente abordagem propõe a criação de conceitos e procedimentos com o objetivo de representar e permitir a simulação e a gestão automática a partir de um único modelo de processo criado. O objetivo principal do trabalho é apresentar a abordagem e mostrar que ela pode servir como base para o desenvolvimento de diversos sistemas aplicativos para gestão de processos em geral, bem como demonstrar seu uso em gerência de projetos. ABSTRACT: This work presents the fundamentals of an innovative approach aiming at the integration and standardization of simulation and automatic management of process models. These techniques, although already well known and used in process management, are traditionally applied in this area in an autonomous and complementary way during its model development life cycle, whereas the proposed approach aims at the creation of concepts and procedures to allow a complete unification of model representation, the simulation and the automatic management of the models created using the approach. The main goal of this work is to present the approach and to show that it can be used to develop different application systems for Business Process Management in general, as well as to demonstrate its use in Project Management.
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Uma metodologia baseada em modelos estatísticos e redes neurais para a estimativa de esforço de desenvolvimento de software
Tronto, I. F. B.
INPE-15144-TDI/1276
Carvalho, Solon Venâncio de, (presidente)
Silva, José Demisio Simões da, (orientador)
Sant'Anna, Nilson, (orientador)
Olivo, Acioli Antonio de
Castro, Jaelson Freire Brelaz de
Fabbri, Sandra Camargo Pinto Ferraz
2007-09-05
Estimativa de esforço de software é uma parte importante do desenvolvimento de software e fornece um guia essencial para a análise de viabilidade, licitação, orçamento, planejamento e acompanhamento de projeto. As conseqüências de estimativas imprecisas podem resultar em perdas significativas ou mesmo em perda de contratos. Em geral as estimativas de projetos são excedidas, principalmente porque as estimativas são muito otimistas. Nesta tese, o principal objetivo é apresentar uma metodologia baseada em métodos estatísticos e de redes neurais para realizar estimativas de esforço mais precisas e de forma mais simples. Esta pesquisa contribui para a redução de erros de estimativa de projeto de desenvolvimento de software, permitindo que o público interessado tenha um melhor entendimento das várias classes de modelos e técnicas de estimativa de esforço de software e da expressividade das variáveis de projeto disponíveis. São utilizadas redes neurais artificiais, técnicas de raciocínio baseado em casos, modelos baseados em regressão, e técnicas para integrar análise de resíduos, análise de variância e modelos baseados em regressão. Vários estudos de casos foram conduzidos para validar os diferentes métodos. Os resultados indicam que os métodos propostos apresentam resultados realistas, para os dados das empresas disponíveis na base de dados, e que o uso de redes neurais implica em um processo simples de calibração de modelos locais. Entretanto, observa-se que as técnicas são dependentes dos dados disponíveis, exigindo a re-calibração dos modelos em função do surgimento de novas tecnologias para o desenvolvimento de software. ABSTRACT: Software effort estimation is an important part of software development work and provides essential input to project feasibility analyses, bidding, budgeting and planning. The consequences of inaccurate estimates can be severe. Optimistic estimates may cause significant losses while the pessimistic estimates may lead to loss of exiting and future contracts. Unfortunately, it is common for software development projects to overrun their effort estimates, typically because the estimates are too optimistic. This thesis presents a methodology based on statistical and neural networks methods to provide more accurate effort estimates in a simpler way. The goal of this research is to contribute to reduce estimation error in software development projects by better understanding the different software effort estimation models and techniques that include: artificial neural networks, case-based reasoning techniques, regression-based models, and techniques for integrating analysis of residuals, analysis of variance and regression-based models. Several case studies have been conducted. The results show all the proposed models lead to realistic estimations, however, neural networks based models emerge as a very easy tool for local models calibration processes due to its simpler implementation. The case studies show all the models are sensitive to the available data, thus requiring recalibration processes every since new project data area gathered to the database.
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2008
Relaxações e método de decomposição para alguns problemas de localização de facilidades modelados em grafos
Corrêa, F. A.
INPE-15388-TDI/1405
Carvalho, Solon Venâncio (presidente)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Senne, Edson Luiz França
Pizzolato, Nelio Domingues
Morabito Neto, Reinaldo
2008-10-03
Apesar do grande avanço na área de hardware computacional e das melhores técnicas atuais para a resolução de problemas de otimização combinatória, nem sempre é possível a obtenção do ótimo global para alguns problemas práticos de localização de facilidades em um tempo computacional aceitável devido à classificação como NP-hard e ao porte do problema. Esta tese explora a representação de restrições de problemas em grafos e uma estratégia de particionamento para resolver problemas de localização de facilidades, usando relaxações e método de decomposição. São abordados dois problemas de localização de facilidades: o Problema de Localização de Facilidades não-Capacitado e o Problema Probabilístico de Localização-Alocação de Máxima Cobertura. Para os dois foram aplicados a Relaxação Lagrangeana com Clusters (LagClus) e um Algoritmo de Geração de Colunas. O primeiro problema foi modelado por meio de um grafo de conflitos. O segundo foi modelado por um grafo de cobertura, pois, devido às características do problema, gera uma quantidade menor de restrições relaxadas ou de acoplamento, permitindo a obtenção de melhores limitantes. A relaxação lagrangeana tradicional e a relaxação de Programação Linear também foram aplicadas a esses problemas, de forma a obter valores para comparar com os resultados da LagClus e da Geração de Colunas. O Problema Probabilístico de Localização-Alocação de Máxima Cobertura foi ainda resolvido usando o Algoritmo Genético Construtivo (AGC) e o Clustering Search (CS). Os testes computacionais em instâncias da literatura mostram resultados interessantes, e significativas conclusões são apresentadas. ABSTRACT: Despite the great advances in computational equipment and the best known techniques for solving combinatorial optimization problems, it is not always possible to find the optimum solution to some practical facility location problems in a reasonable computational time, due to their size and classification issues. This thesis explores the representation of problem constraints in graphs and a graph partitioning strategy to solve facility location problems, using a relaxation and decomposition approach. Two problems were considered: the Uncapacitated Facility Location Problem and the Queueing Maximal Covering Location-Allocation Model. For both problems the Lagrangean Relaxation with Clusters (LagClus) and a Column Generation Method have been applied. The first has been modeled by a conflict graph. The second has been modeled by a covering graph that produces a smaller quantity of relaxed or coupling constraints for this problem, to obtain better bounds. Traditional lagrangean relaxation and linear programming relaxation have been applied to these problems in order to obtain values to compare with the results of the LagClus and Column Generation. The Queueing Maximal Covering Location-Allocation Model has also been solved using the Constructive Genetic Algorithm and the Clustering Search. The computational tests report interesting results for instances from the literature and significant conclusions are described.
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Correção de modelos digitais de elevação insar através de superfícies de ajustes geradas por métodos de interpolação espacial
Elmiro, M. A. T.
INPE-15382-TDI/1401
Leila M G Fonseca, (presidente)
Luciano Vieira Dutra, (orientador)
José Claudio Mura, (co-orientador)
Freitas, Corina Costa
dos, João Roberto Santos
Moreira Junior, João Roberto
Imai, Nilton Nobuhiro
2008-08-26
Modelos digitais de elevação têm sido muito utilizados em aplicações de análises espaciais que envolvem estudos em diferentes áreas das ciências da Terra. A medida que esses tipos de modelos ficam mais difundidos, cresce também a preocupação com a qualidade dos dados de elevação e com a propagação dos erros nas análises derivadas a partir desses modelos. Entretanto, os modelos de elevação disponíveis geralmente relatam somente o valor médio dos erros, tal como o erro médio quadrático, os quais não fornecem informação de tendências ou padrões espaciais da distribuição dos erros nem os comportamentos locais. Esta pesquisa de tese trata da análise de modelos de elevação gerados por interferometria de imagens de radar a qual é uma técnica que apresenta vantagens estratégicas, quando comparada a outros métodos de construção de modelos de elevação. O objetivo principal da pesquisa é apresentar uma metodologia para correção de modelos de interferometria radar, em banda P e banda X, da Floresta Nacional de Tapajós, capaz de tratar erros globais e erros locais de diferentes magnitudes presentes nos dados de elevação. Estes tipos de erros, que afetam com freqüência os modelos de elevação, são geralmente decorrentes de diferentes fatores relacionados à geometria de imageamento, ao processamento dos dados e à topografia do terreno imageado. O método de correção apresentado também fornece indicadores da qualidade global e local dos modelos após a aplicação dos tratamentos. A idéia central da metodologia é prover correção dos modelos de forma a ajustá-los o melhor possível à realidade geográfica do terreno através da incorporação de superfícies de correção calculadas por diferentes métodos de interpolação. As estratégias e algoritmos para as correções foram implementadas com apoio do software IDL (Interactive Data Lanaguage). As referências cartográficas usadas na geração das superfícies de correção consistem de uma estrutura de pontos de controle de campo obtidos em estradas, clareiras e pastagens, medidos no terreno por rastreamento de satélites do Sistema de Posicionando Global e por métodos topográficos apoiados por estações eletrônicas de levantamentos. Os métodos de interpolação utilizados no cálculo das superfícies de correção incluíram a triangulação com interpolação linear, a ponderação pelo inverso do quadrado da distância, o ajuste por splines e a técnica de krigagem. Os modelos corrigidos foram testados de diferentes maneiras e utilizados para estimação de parâmetros da floresta a partir da diferença entre o modelo banda X e o modelo banda P. Os principais resultados mostraram que a aplicação dos métodos de correção melhorou a qualidade geométrica dos modelos originais e forneceu estimativas numéricas confiáveis da precisão dos modelos corrigidos. ABSTRACT: Digital elevation models (DEM) are extensively used in a wide range of spatial analysis applications involving earth sciences. As DEM applications are becoming more widespread, so does concern about the quality of the available elevation data and the propagation of digital elevation model errors through the many analysis extracted from DEM. However, currently available digital elevation models frequently report only the average magnitude of errors as the root mean square error, which does not provide information on systematic bias nor on the spatial patterns of the digital elevation model errors. The present research is related to digital elevation model generated by synthetic aperture radar interferometry in Tapajós National Forest. The main objective is developing a method for digital elevation model correction providing statistical estimation of the methods efficiency. The core of the methodology for digital elevation model error correction and calibration intends to provide a digital elevation model fitting to geographic space reality by calculating and incorporating error compensation surfaces generated by triangulation with linear interpolation, inverse squared distance, splines and kriging interpolation. The digital elevation model calibration methodology also includes determination of global and local accuracy spatial pattern in processed digital elevation model. The compensation surfaces for digital elevation model calibration are calculated from comparison of original digital elevation model data positions with corresponding known cartographic land marks. The calculated correction surfaces are added to DEM in a pixel by pixel basis. The assessment of correction efficiency is given by analyzing statistical quality data extracted from fitted digital elevation model that provided measures of local and global digital elevation model accuracy. The processed DEM were used for estimating forest parameters by differencing P band from X band, producing a digital height model. Results revealed that Tapajós digital elevation models considered in analysis present local and global errors that need to be corrected before their uses in posterior analysis applications. Results also shown that application of proposed correction method, besides improving digital elevation model geometric quality, also provided statistically confident numerical estimation of digital elevation model global and local accuracy.
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Modelo e arquitetura para adaptação dinâmica de execução de transações em ambientes de computação móvel
Flor, D. E.
INPE-15675-TDI/1449
Silva, José Demisio Simões da (presidente)
Carvalho, Solon Venâncio de (orientador)
Ferreira, Mauricio Gonçalves Vieira (orientador)
Sant'Anna, Nilson (orientador)
Kienbaum, Germano de Souza
Oliveira, Henrique Jesus Quintino de
Fernandes, Clovis Torres
2008-12-17
As características inerentes ao contexto da computação móvel conduzem a pesquisas desafiantes, inclusive em transações de banco de dados. Fatores como a instabilidade do meio sem fio, a heterogeneidade de recursos de computação dos dispositivos móveis e a inflexibilidade dos modelos transacionais propostos na literatura, culminaram na motivação para esta pesquisa. Este trabalho propõe uma acomodação harmoniosa entre aplicações que processam transações e o dinamismo do ambiente de computação móvel através do MiD-Mobile. O MiD-Mobile é um middleware baseado em serviços que equaciona as transações com a disponibilidade de recursos computacionais, sem sacrificar as funcionalidades do software. Sua função principal é garantir a transparência de execução da transação isolando o desenvolvimento de software das conseqüências impostas pela variação de recursos computacionais e de comunicação. Outrossim, gerencia e aplica o plano de execução mais apropriado para as transações móveis adaptadas ao contexto (TMACs). Uma TMAC é uma transação móvel adequada ao plano de execução. A união do modelo de transações móveis adaptadas ao contexto ao MiD-Mobile viabiliza a adaptação colaborativa que provê sensibilidade ao contexto, êxito nas transações, uso consciente de recursos e diminuição do ônus do usuário. Um estudo de caso legitima as propostas ora apresentadas. ABSTRACT - The mobile computation context has special characteristics and these characteristics lead to challenger researches, including database transactions. Factores as the dynamism of the wireless environment, the lack of the mobile devices computations resources and the inflexibility of the proposed transactional model in literature, carry out the motivation for this research. This research presents an accordant arrangement among applications that process transactions and dynamic specific of mobile computation environment through the MiD-Mobile. The MiD-Mobile is a middleware software based on services that equate transactions with availability of computation resources, without impairment of the software funcionalities. Its main function is to isolate the software development from the evaluation activities of computational resources and dynamic monitoring of the environment as well, besides it manages and it decides about the execution of more appropriated plan for the mobile transactions applied to context (TMAC). A TMAC is a transaction suitable for the mobile transactional homonym model proposed in this research. The union of the TMACs model to the MiD-Mobile enables collaborative resources and decrease of the user´s tax. A case study legitimates the proposals proposed in this research.
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Projeto e implementação de uma infra-estrutura para troca e análise de informações de honeypots e honeynets
Hoepers, C.
INPE-15347-TDI/1383
Stephany, Stephan, (presidente)
Montes Filho, Antonio, (orientador)
Vijaykumar, Nandamudi Lankalapalli, (orientador)
Moreira, Edson dos Santos
Pires, Paulo Sérgio da Motta
2008-07-07
Para caracterizar e monitorar atividades maliciosas na Internet, um dos métodos utilizados tem sido a colocação de sensores em espaços de endereçamento não utilizados. Dentre os tipos de sensores empregados para este fim, destacam-se os honeypots, que são recursos de segurança especialmente configurados para coletar informações sobre ataques e cujo valor reside em serem sondados, atacados ou comprometidos. Eles são capazes de coletar informações valiosas sobre os tipos de ataques que ocorrem na Internet e de auxiliar o tratamento de incidentes de segurança. Os trabalhos existentes na área de coleta e análise de dados de honeypots concentram-se na visualização e/ou correlação de dados em uma honeynet específica ou em um conjunto de honeypots que utilizem tecnologias similares. Contudo, é importante realizar uma análise mais completa do tráfego observado entre honeypots e honeynets que utilizem diferentes tecnologias e estejam implantados em diferentes ambientes espalhados ao redor do mundo. De modo a tratar as limitações na área de análise de dados de honeypots e propiciar a interoperabilidade entre diversas tecnologias, este trabalho define dois elementos para formar uma infra-estrutura que permita a análise e correlação desses dados: o Honeypots Information and Data Exchange Format (HIDEF), um formato para troca de dados coletados e de informações sobre a arquitetura e tecnologias usadas por honeypots; e o Honeypots Information and Data Exchange and Analysis System (HIDEAS), sistema que habilita o envio e o recebimento de informações e dados em formatos como o HIDEF. Para validar o formato e o sistema propostos, foi implementado um protótipo e realizado um estudo de caso, que coletou e correlacionou dados de honeypots com tecnologias diferentes, bem como de notificações de incidentes de segurança. ABSTRACT: Placing sensors in unused Internet address space is one of the techniques used to characterize and monitor malicious activities. Among the diverse types of sensors, honeypots stand out. They are security resources specially configured to collect data about attacks, and whose value lies in being probed, attacked or compromised. Honeypots are able to capture valuable information about Internet attacks and to help computer security incident handling. The related work in the area of honeypots' data collection and analysis is focused on visualization or correlation of data from a unique honeynet or from a set of honeypots that use similar technologies. However, it is very important to make a more complete analysis of the traffic observed among honeypots and honeynets which use different technologies and are deployed in different parts of the world. To address the limitations in the honeypots data analysis area, and to provide interoperability among different technologies, this work presents two elements that comprise an infrastructure that allows the analysis and correlation of honeypots' data: the Honeypots Information and Data Exchange Format (HIDEF), a data format to exchange data collected by honeypots and information about the architecture and technologies used by them; and the Honeypots Information and Data Exchange and Analysis System (HIDEAS), a system that enables sending and receiving information and data represented in formats like HIDEF. To validate the data format and the system proposed a prototype was implemented. This prototype was used in a case study that correlated data from honeypots deployed with different technologies, as well as from security incident reports.
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O método Particle-In-Diffuse-Cell: uma abordagem meshfree para simulação de plasmas
Marques, G. N.
INPE-15237-TDI/1324
Becceneri, José Carlos (presidente)
Pássaro, Angelo (orientador)
Stephany, Stephan (co-orientador)
Ramos, Fernando Manuel
Campos Velho, Haroldo Fraga de
Scheid, Vladimir Henrique Baggio
2008-02-29
Esta tese descreve uma formulação meshfree inédita para simulação de plasmas via modelo de partículas fundamentada no modelo Particle-In-Cell (PIC) e no método Element-Free Galerkin (MEFG). A partir da revisão do conceito de elemento difuso, precursor do MEFG, chegou-se à concepção da célula difusa, dando origem à formulação denominada Particle-In-Diffuse-Cell (PIDC). Modelos PIC eletrostáticos e o MEFG são revisados para subsidiar a apresentação da formulação do método PIDC, bem como a paralelização de programas PIC e modelos colisionais. Além da característica de fácil adaptatividade dos métodos meshfree, a robustez no cálculo do campo elétrico também é um requisisto bastante desejável em modelos PIC. A abordagem interpolante do MEFG combinada com a técnica de truncamento de domínios, empregada no modelo computacional do PIDC, foi rigorosamente avaliada quanto a acurácia no cálculo de campos elétricos contínuos e descontínuos. O grande potencial de aplicação do PIDC inclui simulações de plasmas envolvendo geometrias complexas bi ou tridimensionais e / ou a necessidade de sucessivos refinamentos de malha, constituindo-se assim, nestes cenários, uma nova e promissora alternativa numérica aos métodos PIC baseados em malha. ABSTRACT: This thesis describes an original meshfree formulation for plasmas simulation based on the Particle-In-Cell (PIC) particle model and the Element-Free Galerkin method (EFGM). Recalling the diffuse element concept introduced before the EFGM proposition, we realize the diffuse cell concept, which allowed the development of the Particle-In-Diffuse-Cell (PIDC) formulation. Electrostatic PIC models and the EFGM were revised, as well as the parallelization of PIC codes and collisional models. Despite the ability of easy adaptivity of the meshfree methods, also its robustness for computing the electric field is a very desired feature for PIC models. An interpolating EFGM with the domain truncation technique was rigorously evaluated for the computation of continuous and discontinuous electric fields. PIDC potential applications include complex bi or tri-dimensional geometries, and / or the requirement of frequent mesh refinement, in these scenarios, the PIDC formulation can be seen as a promising new numerical alternative instead of PIC mesh-based methods.
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Projeto ótimo de moduladores eletroópticos
Muraro Júnior, A.
INPE-15224-TDI/1316
Becceneri, José Carlos, (presidente)
Stephany, Stephan, (orientador)
Passaro, Angelo, (orientador)
Sousa, Fabiano Luís de
Ramos, Fernando Manuel
Almeida, Vilson Rosa de
Santos, Josemir Coelho
2008-02-08
Muitos desenvolvimentos de projetos envolvem a otimização de várias funções objetivo. Estas funções objetivo são frequentemente conflitantes entre si e não podem ser simplesmente agrupadas em uma função a ser otimizada. Este é o tipo de problema conhecido como problema de otimização multiobjetivo, para o qual a solução é um conjunto de pontos conhecido como conjunto Pareto‑ótimo. Os problemas multiobjetivo são, frequentemente, difíceis de resolver sem a ajuda de eficientes algoritmos de otimização. Este trabalho apresenta uma abordagem inédita para otimização multiobjetivo, utilizando um algoritmo genético, aplicada na otimização de moduladores eletroópticos. Estes dispositivos têm papel fundamental na modulação externa em sistemas de comunicação por meio de fibras ópticas. Em particular, o dispositivo estudado é o modulador Mach‑Zehnder, desenvolvido em substrato de niobato de lítio, com guias de ondas fabricado por meio da difusão de titânio. A resolução para o problema direto utiliza o método dos elementos finitos, adequado para o tratamento da complexidade geométrica destes dispositivos e das propriedades não homogêneas e anisotrópicas dos materiais. Para a solução do modelo inverso, duas técnicas multiobjetivo são exploradas, o método da soma ponderada e método das restrições, a fim de otimizar características elétricas do modulador buscando uma geometria ótima. A otimização de pares de características do dispositivo permitiu obter configurações com grande largura de banda e baixa potência de operação. Adicionalmente mostrou que para alguns pares de características a fronteira de Pareto se apresenta mais complexa, com a existência de regiões não convexas. O processo de otimização implementado mostrou‑se eficiente e robusto, de maneira que este mecanismo de análise proposto pode reduzir consideravelmente a construção e avaliação de protótipos físicos, reduzindo o custo e tempo de desenvolvimento. ABSTRACT: Many design developments involve the optimization of several objective functions. These objective functions are often conflicting with each other and they cannot be simply aggregated into only one function to be optimized. This type of problem is known as the multiobjective optimization problem, for which the solution is a set of points known as Pareto optimal set. The multiobjective problems are often difficult to solve without the aid of efficient optimization algorithms. This work presents a new approach for multiobjective optimization, using a genetic algorithm, applied to the electrooptic modulators optimization. These modulators are key devices for external modulation in fiber optics communication system. The device analyzed in this work is a Mach‑Zehnder modulator made of titanium diffused lithium niobate. To solve the direct problem, the finite elements method is applied, which is adequate to cope with complex geometries and non homogeneous and anisotropic materials. To solve the inverse problem, two multiobjective techniques were implemented, the weighted sum method and the e-constraint method, to optimize the electrical characteristics of the modulator in order to achieve an optimal geometry. The optimization of pairs of characteristics allowed obtaining geometrical configurations that present large bandwidth e low drive power. Additionally, it was shown that some pairs of characteristics generate complex Pareto frontiers with nonconvex regions. The optimization process implemented is efficient and robust, and the analysis mechanism proposed allows a considerable reduction of cost and time of development.
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Estrutura baseada em grafos para representação unificada de fluxos locais para modelagem hidrológica distribuída
Rosim, S.
INPE-15320-TDI/1363
Silva, José Demisio Simões da, (presidente)
Monteiro, Antonio Miguel Vieira, (orientador)
Rennó, Camilo Daleles, (orientador)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira
Nobre, Antonio Donato
Carvalho, Marcelo Tílio M. de
Pellegrino, Sérgio Roberto Matiello
2008-05-29
A distribuição dos fluxos locais em uma bacia hidrográfica é o elemento mais importante para o desenvolvimento de modelos hidrológicos distribuídos. A premissa fundamental é que a topografia do terreno é o principal fator para a determinação dos fluxos locais. As representações matemáticas e as estruturas computacionais, que armazenam a topografia do terreno, e o conjunto de funções, que extraem o fluxo da superfície de uma bacia, têm sido explorados pelos usuários dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG). A idéia básica para a representação da topografia do terreno em SIG é a partição do terreno em um conjunto de elementos, chamados de células. As estruturas de grades regulares (DEM), redes triangulares irregulares (TIN), curvas de nível e polígonos irregulares (Diagramas de Voronoi) são diferentes estruturas computacionais empregadas na partição da topografia do relevo de bacias hidrográficas. Os fluxos locais são inteiramente dependentes da estrutura de dados empregada na representação da topografia do terreno. Apresenta-se nesta tese uma nova abordagem para representar e manipular os fluxos locais chamada de Geographical Aware Graph-based Coupling Structure - G-GCS. Esta proposta supera a limitação imposta pelo acoplamento entre fluxo local e as estruturas de representação do terreno unificando de fluxos locais obtidos a partir de diferentes estruturas de representação do terreno. A G-GCS desacopla a representação dos fluxos locais e as funções necessárias à sua manipulação. Define-se formalmente um conjunto de operações, que executam aplicações de modelagem hidrológica em uma bacia hidrográfica. A inserção de novas estruturas para representação da superfície não impacta os modelos já construídos. O conjunto de operações básicas pode ser facilmente estendido, servindo de suporte para a elaboração de funções mais complexas. Para provar o conceito da G-GCS, utilizou-se um modelo hidrológico distribuído simples, mas muito utilizado. O protótipo desenvolvido para esta abordagem utilizou um ambiente de programação que integra a linguagem funcional Haskell com a biblioteca GIS TerraLib (Terra-HS). O mesmo modelo foi implementado no sistema PCRaster que possui o modelo DEM como estrutura de dados para representação da topologia do terreno e um modelo matricial para a representação do fluxo local. Uma análise comparativa dos resultados alcançados pelos dois sistemas é apresentada. ABSTRACT: The local flow distribution in a water basin is the most important element to develop distributed hydrology modeling oriented to hydrological resources management. Water flow is primary determined by the surface characteristics. The underlying premise is that terrain topography is the primary factor in determining these local flows. GIS practitioners have long explored mathematical representations and computer data structures for terrain topography and a set of functions, for extracting the surface water flow. The basis for terrain topography representation in GIS is the partitioning of the tota region extent in a set of elements. Different computer data structures based on regular grids (DEM), triangular irregular networks (TIN), contour lines and irregular polygons tessellations have long been used to represent terrain topography. This situation establishes that the local flow representation is entirely dependent upon the data structure used to represent the terrain topography. To overcome the drawback of having a local flow representation strongly coupled with a particular data structure for terrain topography we present in this thesis a new framework named Geographical Aware Graphbased Coupling Structure - G-GCS. Its fundamental concept is to provide a formal representation as a basis for a unified computer local water flow data structure independent of the data structures used for representing terrain topography. The main advantage of our proposed approach is to decouple the local flow representation from the set of operations needed for its manipulation. A set of operations for water basin modeling and management applications can then be formally defined and a computational framework for spatially explicit distributed hydrology modeling can be designed. New data structures for surface representation can be incorporated into this framework with no impact on existing running models. The set of basic operations can be easily extended and more complex operation can be built on the top of the basic operators set. In order to proof the concepts of the G-GCS proposal a simple, but much used, distributed hydrology model have been implemented using a hydrology modeling prototyping environment based in Haskell and the TerraLib GIS library (Terra-HS) The same model was implemented in the PCRaster system that has local flow representations bound to a grid structure and a comparative analysis is made.
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Uso de honeypots para o estudo de spam e phishing
Steding-Jessen, K.
INPE-15346-TDI/1382
Stephany, Stephan (presidente)
Montes Filho, Antonio (orientador)
Vijavkumar, Nandamudi Lankalapalli (orientador)
Santos, Rafael Duarte Coelho dos
Camilli, Alberto
Pires, Paulo Sergio da Motta
2008-07-08
Este trabalho propoe uma infra-estrutura extensível de sensores, baseada em honeypots, para estudar o problema do spam e do phishing, de modo a obter dados mais detalhados sobre o problema. Esta infra-estrutura permite a correlação desses dados com aqueles capturados por outros sensores, também com base em honeypots. Um protótipo desta infra-estrutura foi implementado e teve enfoque em obter dados sobre o abuso de relays e proxies abertos, a obtenção de endereços de email em sites Internet, a coleta de URLs enviadas através de mensagens de pop-up e a correlação de todos estes dados com atividades relacionadas com spam, capturadas pelo Consórcio Brasileiro de Honeypots. Este protótipo esteve em operação por diversos meses e coletou dados sobre vários aspectos do problema do spam, permitindo a obteção de um conjunto de métricas que auxiliam a compreensão da situação no Brasil. Os resultados da operação deste protótipo mostram a intensidade do abuso de relays e proxies abertos em redes brasileiras, a origem e o destino destes spams, os indícios de envio a partir de máquinas infectadas e as características do harvesting de endereços de email. Como resultado da análise destes dados sao apresentadas propostas de mitigação para os problemas observados. ABSTRACT: This work presents an extensible honeypot-based infrastructure to study the spam and phishing problem in order to obtain more detailed data on it. This infrastructure allows the correlation of the former data with data captured by other sensors also based on honeypots. A prototype of this infrastructure was implemented with the aim of obtaining data about the following: abuse of open relays and open proxies, email address harvesting, pop-up spam, and the correlation of these data with spam-related activities captured by the Brazilian Honeypots Alliance. This prototype was in operation for several months and collected data on several aspects of the spam problem. This allowed the generation of metrics to help understand the spam problem in Brazil. The obtained results show the magnitude of open relays and open proxies abuse in Brazilian networks, the source and the destination of these spams, the evidence of spam being sent from infected computers, and the characteristics of email harvesting. As a result of the analysis, some mitigation techniques for the observed problems are proposed.
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2009
Uma abordagem para gestão da produção de software em larga escala baseada em metaprocesso
Augusto Neto, Á.
INPE-16072-TDI/1533
Silva, José Demisio Simões (presidente)
Carvalho, Solon Venâncio de (orientador)
Kienbaum, Germano de Souza (orientador)
Ferreira, Mauricio Gonçalves Vieira
Torres, José Belo
Pacheco, Oscar Ivan Palma
2009-05-08
Este trabalho apresenta uma abordagem baseada em uma combinação de técnicas das áreas de BPM (Business Process Management) e SOA (Service Oriented Architecture) para modelagem, organização e governança das fábricas de software, cujo objetivo é possibilitar o gerenciamento integrado de múltiplos projetos executados simultaneamente e responder rapidamente às mudanças ocorridas no ambiente de desenvolvimento no qual elas se inserem. Como ferramenta de apoio à abordagem proposta, foi projetada uma arquitetura para o desenvolvimento de um ambiente integrado de ferramentas distribuídas e orientadas a serviços que possibilite sua operacionalização. Esse ambiente permite modelar e analisar o funcionamento dos sistemas de gestão da produção de software, de forma a integrar, automatizar, gerenciar e melhorar de maneira contínua a eficiência dos processos executados. ABSTRACT: This work proposes an approach based on a combination of techniques from the areas of BPM (Business Process Management) and SOA (Service Oriented Architecture) for the modeling, organizing and management of software factories, whose aim is to allow the integrated management of simultaneous multiple project and to rapidly adapt to the dynamic software development and application scenarios surrounding them. An environment to support the approach is also proposed, made of distributed integrated software tools, designed according to the SOA paradigm. This environment supports the modeling and analysis of the management processes involved in large scale software production, aiming at the integration, automatization, management and continuous improvement of their efficiency.
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Uma arquitetura multi-agente de balanceamento de carga para aplicações de objetos distribuídos para aplicações espaciais
Carniello, A.
INPE-15729-TDI/1475
Becceneri, José Carlos (presidente)
Silva, José Demísio Simões da (orientador)
Ferreira, Mauricio Gonçalves Vieira (orientador)
Guimarães, Larmartine Nogueira Frutuoso
Serra, Ana Paula Gonçalves
Yano, Edgar Toshiro
2009-02-19
Satélites artificiais são constituídos de vários equipamentos eletrônicos e mecânicos que, na maioria dos casos, dissipam calor e requerem condições térmicas de operação bastante diferenciadas. Sistemas compostos por tubos de calor circuitados-LHP são de grande confiabilidade no controle térmico de equipamentos eletrônicos, estruturas e satélites, por manterem suas temperaturas em faixas de operação bem restritas e não utilizarem partes móveis. Esses sistemas operam passivamente por efeitos de forças capilares geradas no evaporador capilar, o qual adquire calor de uma fonte quente sendo transferido a um fluido de trabalho que opera em seu estado puro. Tubos de calor circuitados são dispositivos bifásicos de transferência de calor, os quais foram estudados em ambos os casos, experimentalmente e analiticamente. Testes foram realizados em condições de laboratório para o sistema na posição horizontal e testes em condições simuladas de espaço foram realizados (em câmara de termo-vácuo e em vibração), visando avaliar a potencialidade do uso do LHP proposto em futuras missões espaciais. A qualificação do dispositivo bifásico de controle térmico foi um processo necessário e importante para o desenvolvimento dessa tecnologia. Testes de vida com o LHP foram realizados, buscando-se identificar a potencialidade de geração de gases não condensáveis no interior do LHP em virtude da interação química entre os materiais e o fluido de trabalho utilizado. Um programa computacional foi desenvolvido em que o objetivo foi obter uma ferramenta de projeto para LHPs. O programa utilizou um modelo térmico e de perda de carga hidráulica, onde ambos trabalharam de forma interativa buscando as condições ótimas de operação de uma dada geometria de LHP, aliada às condições de operação e ao fluido de trabalho. Os resultados obtidos proporcionaram a qualificação da tecnologia envolvida para fabricação de LHPs para uso espacial, baseados em testes extensivos em condições de laboratório, bem como avaliação da vida útil desses dispositivos. Os resultados ainda serviram para validar o modelo matemático concebido, o qual apresentou boa correlação com os dados experimentais, servindo assim como uma ferramenta de projeto para novos LHPs. ABSTRACT - Artificial satellites are constituted of several electronic and mechanical equipment, which usually dissipate heat and thermal conditions of operation require quite different approach. Systems consisting of loop heat pipe-LHP are of great reliability in thermal control of electronic equipment, structures and satellites, by keeping their temperatures within very restricted operation range and uses no moving parts. Those systems operate passively by effects of capillary forces generated in the capillary evaporator, which acquires heat of a power source being transferred to a working fluid that operates in its pure state. Loop heat pipe is a two-phase heat transfer device, which they were studied in both cases, experimentally and analytically. Tests were accomplished in laboratory conditions for the system in a horizontal position and test in simulated conditions of space have also been done (in the thermal-vacuum chamber and vibration), which demand to evaluate the potentiality of use the proposed LHP in future space missions. The qualification of the two-phase thermal control device was necessary and very important process for the development of this technology. Life testing with LHP has been done, being a demand to identify the potentiality of noncondensable gases generation in LHP by virtue of the chemical interaction between the working fluid and materials used. A computer program was developed in which the objective was to obtain a design tool for LHPs. The program has used a thermal and a hydraulic pressure drop models, where both worked in interactive way seeking the optimum conditions of operation for a given geometry of LHP, allied to the conditions of operation and working fluid. The results provided a description of the technology involved in making LHPs for space, based on an extensive testing in laboratory conditions, as well as assessment of the useful life of the devices. The results also served to validate the developed mathematical model, which showed good correlation with the experiments, serving as a tool to design new LHPs.
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Uma arquitetura multi-agente de planejamento de controle de satélites
Carniello, A.
INPE-15666-TDI/1442
Guimarães, Lamartine Nogueira Frutuoso (presidente)
Silva, José Demísio Simões da (orientador)
Ferreira, Mauricio Gonçalves Vieira (orientador)
Orlando, Valcir
Becerra, Jorge Luis Risco
Romero, Roseli Aparecida Francelin
2008-11-25
A comunidade da área espacial possui interesse na redução dos custos referentes ao controle de satélites em órbita, sobretudo diante da previsão de lançamento de novos satélites. No entanto, a redução de custos é uma meta de difícil obtenção devido a algumas características do ambiente de controle de satélites. Neste ambiente, as estações terrenas enviam operações aos satélites durante os períodos de tempo em que estes passam sobre as estações. No entanto, as passagens dos satélites sobre as estações terrenas possuem períodos de tempo restritos e, portanto, existe o risco destes períodos de tempo não serem suficientes para o envio das operações voltadas ao alcance dos objetivos primordiais dos rastreios. Além desta restrição, as estações terrenas podem controlar múltiplos satélites e, conseqüentemente, podem ocorrer conflitos de horário entre passagens de satélites distintos sobre uma mesma estação terrena. Diante destas restrições e da necessidade de reduzir os custos associados ao controle de satélites, este trabalho de pesquisa propõe uma arquitetura Multi-Agente de Planejamento de controle de Satélites, referenciada pela sigla MAPSat, constituída por agentes que gerenciam a alocação de recursos de solo para o rastreio de múltiplos satélites e planejam as operações de controle destes satélites. A arquitetura MAPSat adota conceitos da área de Engenharia de Software Orientada a Agentes e utiliza a técnica de Planejamento da área de Inteligência Artificial para gerar planos de solução ao problema de controle de satélites. A implementação de um protótipo para a arquitetura MAPSat permitiu constatar que o processo de geração de planos da arquitetura confere configurabilidade à atividade de planejamento de controle de satélites. A característica de configurabilidade permite reduzir os custos associados ao controle de novos satélites, pois a atividade de planejamento se torna facilmente adaptável ao controle de múltiplos satélites, evitando, com isso, o crescimento do grupo de profissionais responsáveis pela atividade de planejamento de controle dos novos satélites. ABSTRACT - Space Mission Control area has a strong interest in reducing the associated costs of the in-orbit satellite control process, mainly because of the prevision of new satellite launchings. Nevertheless, reducing these costs is a difficult task due to some satellite control environment features. In this environment, ground stations send operations to satellites during the periods that satellites pass over the groundstations. These time periods represent a restriction of time for sending the whole set of operations responsible for achieving the essential goals for the satellite control. Besides this restriction, ground stations can control multiple satellites and consequently there may occur time-conflicts between passes of distinct satellites over the same ground station. In order to provide a solution for managing these restrictions and achieving the goal of reducing the satellie control process cost, we propose a Multi-Agent Satellite Control Planning architecture (MAPSat) which is formed by a group of agents that allocate ground resources for multiple satellite trackings and plan these satellite control operations. MAPSat architecture adopts some concepts from the Agent Oriented Software Engineering area and employs the Automated Planning technique from the Artificial Intelligence area in order to generate plans that are solutions to the satellite control problem. The implementation of a prototype software for demonstrating MAPSat architecture made us verify that MAPSat plan generation process provides configurability to the satellite control planning activity. The configurability feature allows to reduce the costs associated to the control of new satellites as the planning activity becomes easily adaptable to the control of multiple satellites, avoiding to have to employ extra staff for the new satellite control planning activity.
Full text: yes
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Uma meta-heurística híbrida com busca por agrupamentos aplicada a problemas de otimização combinatória
Chaves, A. A.
INPE-15685-TDI/1459
Yanasse, Horacio Hideki (presidente)
Lorena, Luiz Antonio Nogueira (orientador)
Senne, Edson Luiz Franca
Carvalho, Solon Venâncio de
Armentano, Vinicius Amaral
Costa, Alysson Machado
2009-03-10
Esta tese apresenta um método híbrido, denominado Busca por Agrupamentos (CS, do inglês Clustering Search), que consiste em detectar dinamicamente regiões promissoras no espaço de busca baseando-se na frequência em que são amostradas nestas regiões as soluções geradas por uma meta-heurística. Um processo de agrupamento iterativo é executado em conjunto com a meta-heurística, agrupando as soluções similares e mantendo soluções que sejam representativas para os grupos de soluções. As regiões promissoras devem ser exploradas tão logo sejam descobertas, por meio de heurísticas de busca local específicas para o problema abordado. São propostas algumas aplicações do CS a diferentes problemas de Otimização Combinatória encontrados na literatura, tais como, Problema de $ p$ -Medianas Capacitado, Problema de Agrupamento Centrado Capacitado, Problema do Caixeiro Viajante com Coleta de Prêmios e o Problema de Balanceamento e Designação de Trabalhadores em Linhas de Produção. Esses problemas possuem diferentes características e particularidades, sendo assim, é possível analisar o comportamento do CS em diversas situações. Nessas abordagens são utilizadas diferentes meta-heurísticas para gerar soluções para o processo de agrupamento do CS, e também um método gerador de soluções aleatórias. Os testes computacionais mostram o potencial do CS para resolução desses problemas de otimização, colocando-o como uma alternativa para problemas que necessitem ser resolvidos de forma aproximada e em um tempo computacional competitivo. Conclusões a respeito dos componentes e parâmetros do CS também são apresentadas. ABSTRACT - This thesis presents a hybrid method, denominated Clustering Search (CS), that consists of detecting dynamically promising regions in the search space based on the frequence that are sampled in these regions the solutions originated from the metaheuristic. A iterative clustering process is executed in ensembling the metaheuristic, grouping the similar solutions and keeping solutions that are representative to the clusters. The promising regions must be explored as soon as they are discovered, by means of local search heuristics. Some applications of CS are proposed in different combinatorial optimization problems found in literature like the Capacitated p-Median Problem, Capacitated Centred Clustering Problem, Prize Collecting Traveling Salesman Problem and the Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem. These problems have different characteristics and particularities, therefore, it is possible to analyse the behavior of CS in several situations. In these approaches different metaheuristics are utilized to generate solutions for the clustering process of CS, and also a generator method of random solutions. The computational tests present the potential of CS for resolving these optimization problems, putting it as an alternative for the problems that demand to be solved in an approximate form and in a competitive computational time. Conclusions regarding the components and parameters of CS are also presented.
Full text: yes
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