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[pt] Esta dissertação se propôs a investigar e interpretar o estilo de investimento de fundos de investimento brasileiros – fundos cambiais e de ações com administração ativa, no período de janeiro de 2004 a agosto de 2008, com o objetivo central de verificar se, de fato, estes fundos perseguem o estilo de investimento prometido aos seus clientes. Nesse sentido, foi empregada a metodologia de análise dinâmica de estilo baseada no retorno, utilizando o filtro de Kalman restrito reduzido com inicialização exata aplicado sobre modelos em espaço de estado. Para tanto, novos índices foram confeccionados a fim de cobrir a eventual carência de índices que pudessem apropriadamente representar as classes de ativos do mercado financeiro a que os fundos estão expostos. As principais conclusões obtidas foram: (1) mesmo em meio a um cenário adverso que marcou parte do período analisado, os fundos cambais mantiveram as estratégias de investimento anunciadas ao público, demonstrando transparência em suas ações; e (2) os fundos de ações estiveram, de fato, predominantemente expostos ao mercado bursátil, mas também alocaram parte considerável de seus recursos em títulos públicos federais de longo prazo indexados a índices de inflação.

[en] This dissertation aims to investigate and interpret the investment style of Brazilian investment funds - exchange funds and stock funds with active management, in the period ranging from January 2004 to August 2008, with the central objective of verifying if, in fact, these funds pursue the investment style promised to their customers. Accordingly, we used the methodology of returnbased dynamic style analysis, using the reduced restricted Kalman filtering with exact initialization applied to state space models. For this purpose, new indexes were created with the intention of covering the eventual lack of indexes that could appropriately represent the asset classes of financial market. The main conclusions were: (1) even in the midst of an adverse scenario that marked part of the analyzed period, the exchange funds kept the investment strategies announced to the public, demonstrating transparency in their actions; and (2) stock funds were indeed predominantly exposed to the stock market, but also allocated considerable part of their resources on federal public long-term bonds indexed by inflation indexes.

Advisors/Committee Members: LUCIANO VEREDA OLIVEIRA, LUCIANO VEREDA OLIVEIRA.

▼ [pt] O algoritmo de otimização por enxame de partículas (PSO, do inglês Particle Swarm Optimization) é uma meta-heurística baseada em populações de indivíduos na qual os candidatos à solução evoluem através da simulação de um modelo simplificado de adaptação social. Juntando robustez, eficiência e simplicidade, o PSO tem adquirido grande popularidade. São reportadas muitas aplicações bem-sucedidas do PSO nas quais este algoritmo demonstrou ter vantagens sobre outras meta-heurísticas bem estabelecidas baseadas em populações de indivíduos. Algoritmos modificados de PSO já foram propostos para resolver problemas de otimização com restrições de domínio, lineares e não lineares. A grande maioria desses algoritmos utilizam métodos de penalização, que possuem, em geral, inúmeras limitações, como por exemplo: (i) cuidado adicional ao se determinar a penalidade apropriada para cada problema, pois deve-se manter o equilíbrio entre a obtenção de soluções válidas e a busca pelo ótimo; (ii) supõem que todas as soluções devem ser avaliadas. Outros algoritmos que utilizam otimização multi-objetivo para tratar problemas restritos enfrentam o problema de não haver garantia de se encontrar soluções válidas. Os algoritmos PSO propostos até hoje que lidam com restrições, de forma a garantir soluções válidas utilizando operadores de viabilidade de soluções e de forma a não necessitar de avaliação de soluções inválidas, ou somente tratam restrições de domínio controlando a velocidade de deslocamento de partículas no enxame, ou o fazem de forma ineficiente, reinicializando aleatoriamente cada partícula inválida do enxame, o que pode tornar inviável a otimização de determinados problemas. Este trabalho apresenta um novo algoritmo de otimização por enxame de partículas, denominado PSO+, capaz de resolver problemas com restrições lineares e não lineares de forma a solucionar essas deficiências. A modelagem do algoritmo agrega seis diferentes capacidades para resolver problemas de otimização com restrições: (i) redirecionamento aritmético de validade de partículas; (ii) dois enxames de partículas, onde cada enxame tem um papel específico na otimização do problema; (iii) um novo método de atualização de partículas para inserir diversidade no enxame e melhorar a cobertura do espaço de busca, permitindo que a borda do espaço de busca válido seja devidamente explorada – o que é especialmente conveniente quando o problema a ser otimizado envolve restrições ativas no ótimo ou próximas do ótimo; (iv) duas heurísticas de criação da população inicial do enxame com o objetivo de acelerar a inicialização das partículas, facilitar a geração da população inicial válida e garantir diversidade no ponto de partida do processo de otimização; (v) topologia de vizinhança, denominada vizinhança de agrupamento aleatório coordenado para minimizar o problema de convergência prematura da otimização; (vi) módulo de transformação de restrições de igualdade em restrições de desigualdade. O algoritmo foi testado em vinte e quatro funções benchmarks – criadas e propostas… Advisors/Committee Members: RICARDO TANSCHEIT.

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[pt] Nesta Tese, eu me concentro em desenvolvimentos sobre o filtro de Kalman sujeito a restrições lineares gerais. Há essencialmente três tipos de contribuições: (i) provas alternativas para resultados previamente estabelecidos na literatura sobre o filtro de Kalman com restrições; (ii) resultados que presumidamente destacam aspectos teóricos e metodológicos para modelagens em espaço de estado sob restrições; e (iii) aplicações que parecem ser inéditas até então em finanças (análise de investimentos) e em macroeconomia, nas quais os métodos propostos são ilustrados e avaliados. No final, eu sugiro algumas extensões adicionais sobre o tema, as quais, novamente, dividem-se em teoria, métodos e aplicações.

[en] In this Thesis, I bring the attention to developments on Kalman filtering subject to general linear constraints. There are essentially three kinds of contributions: (i) new proofs for already established results within the restricted Kalman filtering literature; (ii) new results which are supposed to shed light on theoretical and methodological frameworks for linear state space modeling under linear restrictions; and (iii) applications that seem to be new in investment analysis and in macroeconomics, where the proposed methods are illustrated and evaluated. At the end, I suggest some further extensions in the subject, which, again, step into theory, methods and applications.

Advisors/Committee Members: CRISTIANO AUGUSTO COELHO FERNANDES.

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Em um sistema de planejamento florestal, os objetivos tradicionais utilizados para o manejo de produções sustentáveis são substituídos por objetivos de manejo sustentável do ecossistema. Esta substituição indica que talhões adjacentes (vizinhos) não sejam selecionados em um mesmo período para o corte. Um modelo de programação linear-inteira é proposto, para otimizar a colheita de árvores, incluindo a restrição de adjacência. O modelo foi aplicado em uma área de produção que abastece uma planta de produção de carvão vegetal, localizada na região norte do Estado de Minas Gerais. Foram criados três cenários: a) modelo por compartimento A com restrição de adjacência; b) modelo por compartimento B com restrição de adjacência; e c) modelo por compartimento C com restrição de adjacência. Modelos sem a restrição de adjacência foram testados para que se pudesse avaliar a validade da formulação proposta. Os modelos se mostraram adequados para evitar que talhões adjacentes fossem selecionados para corte, em um mesmo período.

In a forest planning system, the traditional objectives used for the handling of sustainable productions are replaced by objectives of sustainable handling of the ecosystem. Such replacement indicates that adjacent (close) stands should not be selected to be cut down in the same period. A linear-whole programming model is proposed in order to optimize the tree harvest, including the adjacency restriction. The model was applied in a production area which supplies a plant of vegetal coal production, located in the north region of Minas Gerais. Three scenaries were created: a) model by compartment A with the adjacency restriction; b) model by compartment B with the adjacency restriction; and c) model by compartment C with the adjacency restriction. Models without the adjacency restriction were tested in order to evaluate the validity of the formulation proposed. The models demonstrated to be adequate to prevent adjacent stands from being selected for cutting down in the same period.

Advisors/Committee Members: Heleno do Nascimento Santos, Agostinho Lopes de Souza, Carlos Antônio Alvares Soares Ribeiro, Helio Garcia Leite, Herly Carlos Teixeira Dias, Gilciano Saraiva Nogueira.

▼ This thesis is a collection of five self contained empirical macroeconomic papers on the asymmetric effects of energy price shocks on various economies. Chapter 1 formally determines the number of regime changes in the US natural gas market by employing a MS-VAR model. Estimated using Bayesian methods, three regimes are identified for the period 1980 - 2016, namely, before the Decontrol Act, after the Decontrol Act and the Recession. The results show that the natural gas market tends to be much more sensitive to market fundamental shocks occurring in a Recession regime than in the other regimes. Augmenting the model by incorporating the price of crude oil, the results reveal that the impacts of oil price shocks on natural gas prices are relatively small. Chapter 2 provides new empirical evidence on the asymmetric reactions of the U.S. natural gas market and the U.S. economy to its market fundamental shocks in different phases of the business cycle. To this end, we employ a ST-VAR model to capture the asymmetric responses depending on economic conditions. Our results indicate that in contrast to the prediction made by a linear VAR model, the STVAR model provides a plausible explanation to the behavior of the U.S. natural gas market, which asymmetrically reacts in bad times and good times. Chapter 3 examines the relationship between China's economic growth and global oil market fluctuations between 1992Q1 and 2015Q3. We find that: (1) the time varying parameter VAR with stochastic volatility provides a better fit as compared to it's constant counterparts; (2) the impacts of intertemporal global oil price shocks on China's output are often small and temporary in nature; (3) oil supply and specific oil demand shocks generally produce negative movements in China's GDP growth whilst oil demand shocks tend to have positive effects; (4) domestic output shocks have no significant impact on price or quantity movements within the global oil market. Chapter 4 examines the effects of world energy price shocks on China's macroeconomy. We propose a new index of primary commodity energy prices which accurately reflects both the structure of China's energy expenditure shares, as well as intertemporal fluctuations in international energy prices. The index is then in employed a sufficiently rich set of time varying BVARs, identified by a new set of agnostic sign restrictions. Uniformly sized positive energy price shocks are shown to consistently generate economic stagflation over the past two decades. Chapter 5 compares the macroeconomic effects of global oil and iron ore price shocks on the Australian economy. The main results suggest that, over the period 1990Q1 to 2014Q4, the oil shock has a relative larger impact than that of the iron ore shock on output and inflation while…

▼ A consideração de condicionantes espaciais em modelos de otimização matemática para lidar com o manejo de florestas públicas e privadas é cada vez mais comum. Um desses condicionantes é a imposição de corredores de conectividade para o abrigo e movimentação da fauna e flora, principalmente devido ao elevado grau de fragmentação das áreas de vegetação nativa, o qual exerce um forte impacto na probabilidade de sobrevivência de várias espécies no longo prazo. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de metodologias auxiliares que permitam ao gestor florestal garantir uma conectividade mínima entre fragmentos de vegetação nativa utilizando unidades de manejo da floresta de produção com determinadas características, interligando fragmentos adjacentes a floresta de produção concomitantemente com a produção de bens e serviços florestais. Duas técnicas foram consideradas; um modelo matemático de programação linear inteira mista e uma heurística denominada heurística da RazãoR. Os dois métodos consideraram o estabelecimento de corredores de conectividade em todos os períodos do horizonte de planejamento simultaneamente, e as equações inseridas permitem ao gestor controlar a qualidade das unidades de manejo aptas a formar o corredor. O modelo de programação linear inteira mista proposto para resolução desse problema faz uso de uma importante propriedade da programação em redes, permitindo a inserção das restrições de conectividade sem adicionar variáveis binárias além daquelas necessárias ao modelo sem conectividade. A solução ótima foi obtida tanto o problema com incorporação de conectividade como para o problema sem conectividade, sendo a diferença entre valores das respectivas funções objetivo o custo de oportunidade do estabelecimento dos corredores. Na heurística da RazãoR, utilizou-se um algoritmo recursivo baseado na Teoria de Grafos e na programação dinâmica para se avaliar o déficit de conectividade das soluções. Dois estudos de caso foram utilizados para a aplicação das técnicas propostas, uma fazenda de uma empresa de celulose do estado de São Paulo, denominada Fazenda Empresarial, e o Parque Estadual Anhanguera. Os dois métodos alcançaram o objetivo de elaborar planos otimizados de manejo florestal estabelecendo uma conectividade mínima entre os fragmentos de vegetação nativa. O custo avaliado para o estabelecimento da conectividade da Fazenda Empresarial foi de 0,051% do valor da função objetivo do problema sem conectividade. A heurística mostrou-se eficaz em encontrar ótimas soluções viáveis, com valores da função objetivo variando de 99,71% a 99,83% do valor encontrado pelo modelo de programação linear inteira mista, após um número médio de 48 iterações. Entretanto, o tempo médio para a heurística encontrar uma solução para o problema foi de dez minutos e vinte e cinco segundos, sendo cinco vezes superior ao tempo necessário para o modelo matemático retornar a solução ótima (um minuto e cinqüenta e quatro segundos). A provável causa do baixo desempenho da heurística em termos de tempo para encontrar uma… Advisors/Committee Members: Rodriguez, Luiz Carlos Estraviz.

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[pt] Esta dissertação enfoca a combinação de duas conhecidas e eficazes tecnologias usadas em muitas redes de comunicação atuais, as técnicas de transmissão Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) e Multiple-Input Multiple-Output (MIMO). Sistemas MIMO-OFDM unem as vantagens conhecidas da comunicação MIMO, como altas taxas de dados e ampliação da confiabilidade do link, com as características marcantes da transmissão OFDM, como comunicação livre de interferência entre símbolos e a equalização simples no domínio da frequência. Este trabalho apresenta em detalhes a modelagem de sinais do sistema MIMO-OFDM e o processamento adequado no receptor para realizar detecções desacopladas dos sub-símbolos OFDM. Além disso, estratégias de seleção de antenas são propostas para aumentar o desempenho do sistema, explorando cenários em que o transmissor ou receptor está equipado com mais antenas do que o número de cadeias de radiofrequência (RF). Esses procedimentos são baseados em métricas específicas propostas para cada cenário. A avaliação de desempenho inclui sistemas equipados com técnicas de equalização linear e sistemas com pré-codificadores, como Zero-Forcing (ZF) e Minimum Mean Square Error (MMSE). Os resultados de simulação evidenciam que as estratégias de seleção da antena resultam em uma melhoria significativa no desempenho do sistema.

[en] This thesis focuses on the combination of two well-known effective technologies used in many of today s communication networks, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) and Multiple-Input Multiple- Output (MIMO). It unites the well-known advantages of MIMO communication, such as high data rates and improved link reliability to the characteristics of OFDM, known as intersymbol-interference-free communication and simple frequency-domain equalization. This work presents in detail the signal modelling of MIMO-OFDM system and the adequate processing at the receiver to perform decoupled detections per OFDM subsymbol. In addition, antenna selection strategies are proposed to increase system performance by exploiting some scenarios when the transmitter or receiver is equipped with more antennas than the number of radiofrequency (RF) chains. These procedures are based on the specific metric for the current scenario. The performance of the system is evaluated employing linear equalization or precoding techniques, such as Zero-Forcing (ZF) and Minimum Mean Square Error (MMSE). Simulation results evidence that antenna selection strategies result in significant system performance improvement.

Advisors/Committee Members: RAIMUNDO SAMPAIO NETO.

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[pt] Integração de dados refere-se ao problema de combinar dados que estão armazenados em diferentes fontes, fornecendo ao usuário uma visão unificada dos dados. As consultas são então expressas em um esquema global ou esquema mediado, que deve incluir restrições de integridade que contribuam para um entendimento correto sobre o que a semântica das fontes de dados do ambiente de mediação tem em comum. Esta tese endereça o problema de modelar as restrições de um esquema mediado a partir das restrições dos esquemas importados e dos mapeamentos de esquemas. Argumenta-se que as restrições devem ser modeladas como o ínfimo das restrições dos esquemas exportados, depois de traduzidos para um vocabulário comum. Desta forma, assegura-se que os usuários do esquema mediado interpretarão os resultados das consultas corretamente. Para uma família expressiva de restrições, esta tese mostra como computar eficientemente o ínfimo de conjuntos de restrições.

[en] Data integration refers to the problem of combining data stored in different sources, providing users with a unified view of the data. Queries are then expressed in terms of a global or mediated schema, which should include integrity constraints that contribute to a correct understanding of what the semantics of the data sources have in common. This thesis addresses the problem of modeling the constraints of a mediated schema from the imported schemas constraints and mappings. It argues that the constraints should be modeled as the greatest lower bound of the constraints of the export schemas, after appropriate translation to a common vocabulary. This assures that users of the mediated schema will correctly interpret query results. For a rich family of constraints, it shows how to efficiently compute the greatest lower bound of sets of constraints.

Advisors/Committee Members: MARCO ANTONIO CASANOVA, MARCO ANTONIO CASANOVA, MARCO ANTONIO CASANOVA.

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Cette thèse contribue à la littérature sur l'incertitude mondiale, à travers trois essais. Le premier essai fait une analyse comparative de l'effet des chocs de l'incertitude mondiale sur les conditions économiques d'un groupe de 20 pays développés et d'un autre groupe de 96 pays en développement et émergents, en utilisant un modèle vectoriel autorégressif en panel. Le deuxième essai approfondit l'analyse en se focalisant sur le rôle de l'ouverture commerciale et financière et du développement financier dans la transmission des chocs de l'incertitude mondiale. Cette deuxième contribution est menée à l'aide d'un modèle vecteur autorégressif interactif en panel sur un échantillon de 107 pays, dont 20 pays développés et 87 pays en développement et émergents. Enfin, le troisième essai étudie les effets des chocs mondiaux d'incertitude et financiers sur le prix mondial du pétrole, en utilisant un modèle vectoriel autorégressif dont les chocs sont jointement identifiés avec les restrictions de signe.

This thesis contributes to the literature on global uncertainty, through three essays. The first essay makes a comparative empirical analysis of the effect of uncertainty shocks on economic conditions of a group of 20 developed countries and a group of 96 developing and emerging countries, using a panel vector autoregressive model. The second essay deepens the analysis by exploring the role of openness and financial development in the transmission of global uncertainty shocks. This second contribution employs an interacted panel vector autoregressive on a sample of 107 countries, including 20 developed countries and 87 developing and emerging countries. Finally, the third essay examines the effects of global uncertainty and financial shocks on oil price, using a structural vector autoregressive vector model in which shocks are jointly identified with sign restrictions.

Advisors/Committee Members: Coulibaly, Dramane (thesis director).

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[pt] Para acesso aos reservatórios portadores de hidrocarbonetos é necessária a perfuração de poços de petróleo. Entre as várias funções do fluido de perfuração podem se destacar o transporte do cascalho gerado pela broca, a função de primeira barreira para inibição de influxo das formações expostas no poço e a manutenção da pressão do poço dentre os limites de resistência das formações atravessadas (janela operacional). Alguns novos campos petrolíferos, bem como campos depletados sofrem restrições operacionais devido a pequenas janelas operacionais. A variação da pressão no poço aberto devido a perdas por atrito no anular, em alguns casos é maior do que a janela operacional, impedindo a perfuração do poço. Managed Pressure Drilling (MPD) é uma tecnologia alternativa à perfuração convencional. O anular do poço é vedado, possibilitando a retenção de pressão no anular. O ajuste da pressão no anular do poço possibilita compensar a variação da perda de atrito e perfurar poços com janelas operacionais estreitas. Para manutenção da pressão da zona objetivo dentro da janela operacional é necessário o controle adequado da pressão na superfície. A definição do valor de pressão necessário é obtida através do conhecimento do comportamento da dinâmica do fluido de perfuração no poço. Este trabalho desenvolveu um modelo de um sistema de poço de petróleo com MPD, levando em conta os efeitos estáticos e dinâmicos envolvidos na perfuração MPD. Sobre o modelo desenvolvido foram propostas e aplicadas diferentes técnicas de controle linear e não-linear para avaliação do desempenho dos controladores e identificação de pontos-chave na aplicação da técnica MPD. Os controles nãolineares propostos foram bem sucedidos em compensar os efeitos altamente nãolineares do sistema, melhorando sua resposta em tarefas típicas.

[en] For access of hydrocarbon reservoirs, drilling oil wells is required.. Among the various functions the drilling fluid may provide are cutting transportation generated by the bit, a barrier function for inhibiting influx of exposed formations in the well and maintaining well pressure within the resistance limits of the formations exposed (operational window). Some new oil fields as well as some depleted fields are experiencing severe operational restrictions due to small operational windows. The open hole pressure variation due to friction losses on the annular in some cases is greater than the operational window, inhibiting the perforation of the well. Managed Pressure Drilling (MPD) is an alternative technology to conventional drilling. The annular of the well is sealed while pressure is contained within it. By adjusting annular pressure it is possible to compensate for friction loss variation on the annular and drill well sections with close operational windows. For the proper pressure maintenance on the target zone within the operating window, it is required adequate pressure control on the surface. The definition of the necessary pressure value is obtained through knowledge of the dynamic behavior of the drilling…

Advisors/Committee Members: MARCO ANTONIO MEGGIOLARO, MARCO ANTONIO MEGGIOLARO.

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[pt] Esta dissertação tem por objetivo investigar métodos de estimação da idade a partir de imagens faciais. Avalia-se o impacto de distintos fatores sobre a acurácia da estimativa, especificamente, a acurácia da localização de pontos fiduciais, métodos de extração de atributos, de redução de dimensionalidade, e técnicas de regressão. Adicionalmente, foi estudada a influência da raça e do sexo na acurácia da estimação da idade desenvolvido. Consideraram-se cinco métricas de desempenho do sistema, especificamente, o erro médio absoluto (MAE), o erro médio absoluto por década (MAE/D), o erro médio absoluto por idade (MAE/A), o escore acumulado (CS), e os intervalos de confiança (IC). Os experimentos foram realizados empregando dois bancos de dados públicos, cujas imagens estão rotuladas com a idade da face. Os resultados indicaram que o método automático para detecção de pontos fiduciais da face tem uma repercussão moderada sobre a acurácia das estimativas. Entre as variantes analisadas, a que apresentou a melhor acurácia foi o sistema que emprega os AAMs (Active Appearance Models) como método de extração de atributos, o PCA (Principal Components Analysis) como método para reduzir dimensionalidade, e as SVRs (Support Vector Regression) como técnica para fazer regressão.

[en] This thesis aims to investigate methods for age estimation from facial images. The impact of distinct factors over the estimate’s accuracy is assessed, specifically the accuracy in the location of face fiducial points, feature extraction and dimensionality reduction methods, and regression techniques. Additionally, the dependence on race and gender in the accuracy of age estimation is assessed. Five performance metrics have been considered: the mean absolute error (MAE), the mean absolute error per decade (MAE / D), the mean absolute error for age (MAE / A), the cumulative score (CS) and confidence intervals (CI). The experiments were performed using two public databases, whose images are labeled with the age of the face. The results showed the impact of the automatic method for detection of fiducial points of the face has a moderate impact on the accuracy of the estimates. Among the analyzed variants, the one with the best accuracy was the system that employs the Active Appearance Models (AAMs) as feature extraction method, the Principal Components Analysis (PCA) as dimensionality reduction method, and Support Vector Regression (SVRs) as a technique to do regression.

Advisors/Committee Members: RAUL QUEIROZ FEITOSA.

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[pt] O sucesso de diversas tarefas de teleoperacao depende muito da habilidade do operador e de sua capacidade de perceber o ambiente de trabalho. A realimentacao visual em muitos casos nao e suficiente, por exemplo quando a qualidade da imagem do ambiente de trabalho e baixa, quando ocorrem oclusoes na visualizacao, ou quando a tarefa envolve forcas de contato associadas a folgas pequenas visualmente imperceptıveis. Para compensar essas deficiencias, os dispositivos hapticos surgem como uma alternativa a realimentacao visual, ao interagir com o usuario atraves do tato, produzindo uma sensacao de forca. Esta dissertacao apresenta o desenvolvimento e modelagem de um sistema de interface haptica de cinco graus de liberdade para a teleoperacao de robos manipuladores, com foco naqueles que realizam trabalhos em ambientes perigosos ou hostis ao ser humano. A interface e desenvolvida a partir do acoplamento de dois dispositivos hapticos comerciais Novint Falcon, de tres graus de liberdade cada. O sistema resultante do acoplamento e modelado como um manipulador paralelo, capaz de fornecer ao operador, realimentacao de forca 3D (em tres direcoes) e realimentacao de torque em duas direcoes. Para demonstrar a eficiencia do sistema haptico desenvolvido, um ambiente virtual e implementado com o auxılio de tecnicas de computacao grafica e bibliotecas como OpenGL, ODE e Chai3D. Os modelos cinematico e dinamico de um manipulador serial Schilling Titan IV, de seis graus de liberdade, sao implementados no ambiente virtual, incluindo sua interacao com objetos (virtuais) do ambiente de teleoperacao. Controladores nao lineares sao implementados no manipulador serial virtual, incluindo controle de torque computado, robusto, e por modos deslizantes.

[en] The success of many teleoperation tasks depends heavily on the skills of the operator and his ability to perceive the work environment. Visual feedback, in many cases, is not sufficient e.g. when the image quality of the work environment is low, occlusions occur in the display, or when the task involves contact forces associated with visually unnoticeable small clearances. To compensate for these shortcomings, haptic devices emerge as an alternative to visual feedback, in which touch interaction with the user produces force-feedback. This thesis presents the development and modeling of a haptic interface system of five degrees of freedom for the teleoperation of robot manipulators, focusing on those that work in hazardous or hostile environments for humans. The interface is developed from the coupling of two commercial haptic devices Novint Falcon, with three degrees of freedom each. The system resulting from the coupled devices is modeled as a parallel manipulator capable of providing the operator with 3D force feedback (in three dimensions) and torque feedback in two directions. To demonstrate the effectiveness of the developed haptic system, a virtual environment is implemented with the aid of computer graphics techniques and libraries such as OpenGL, ODE and Chai3D. The kinematic…

Advisors/Committee Members: MARCO ANTONIO MEGGIOLARO, MARCO ANTONIO MEGGIOLARO.

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Este trabalho apresenta um estudo sobre Controladores Preditivos Generalizados com Restrições e sua implementação em plantas físicas. Serão abordados três tipos de restrições: restrições na taxa de variação do sinal de controle, restrições na amplitude do sinal de controle e restrições na amplitude do sinal de saída (resposta da planta). No controle preditivo, a lei de controle é obtida pela minimização de uma função objetivo. Para poder levar em conta as restrições, esta minimização da função objetivo é feita pela utilização de um método para solução de problemas de otimização com restrições. O método escolhido foi o algoritmo de Rosen (baseado na projeção do gradiente). As plantas físicas em estudo são dois sistemas didáticos de controle de nível (dágua), um de primeira ordem (um tanque simples) e outro de segunda ordem, sendo formado por dois tanques acoplados em cascata. Os códigos são implementados em linguagem C++ e a comunicação com o sistema é feita por meio de uma placa de aquisição de dados fornecida pelo fabricando dos sistemas

This work shows a study about the Generalized Predictive Controllers with Restrictions and their implementation in physical plants. Three types of restrictions will be discussed: restrictions in the variation rate of the signal control, restrictions in the amplitude of the signal control and restrictions in the amplitude of the Out signal (plant response). At the predictive control, the control law is obtained by the minimization of an objective function. To consider the restrictions, this minimization of the objective function is done by the use of a method to solve optimizing problems with restrictions. The chosen method was the Rosen Algorithm (based on the Gradient-projection). The physical plants in this study are two didactical systems of water level control. The first order one (a simple tank) and another of second order, which is formed by two tanks connected in cascade. The codes are implemented in C++ language and the communication with the system to be done through using a data acquisition panel offered by the system producer

Advisors/Committee Members: André Laurindo Maitelli, Luiz Affonso Henderson Guedes de Oliveira, Gilbert Azevedo da Silva.

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During the last few decades, the Swedish population has shown an increased interest in investment fund savings, and more than 60% of Swedish citizens are saving through funds today. In addition to this, awareness on climate change and related risks has increased, which has contributed to a greater focus on corporate sustainability among Swedish companies. As a result of these trends, there has been an increase in fund companies that are basing their investments on certain ethical restrictions, in order for private investors to save ethically. The purpose of this study was to examine how ethical restrictions affect the financial performance of Swedish funds with regards to risk-adjusted return. Previous studies have focused on comparing ethical and traditional funds, but this study chose not to make any difference between the two types of funds. The study's relevance is based on how it can make private investors aware of which ethical restrictions that have a negative impact on the risk-adjusted return, and how much each restriction decreases the return. A total of 101 Swedish funds were analyzed. Information about each fund's performance measures were retrieved from Morningstar, and is based on three years development. Information about each fund's ethical restrictions were retrieved from Hållbarhetsprofilen and their information pamphlets. With data about the performance measures Sharpe ratio, Alpha, and Treynor ratio, three statistical models were defined and analyzed with multiple linear regression analysis. Each model's reliability was assessed with residual analysis; the models were adjusted and improved if necessary. Hypotheses were evaluated with significance testing to answer the research questions. The results indicate that exclusion of tobacco and gambling companies affect the risk-adjusted return of Swedish funds negatively, while exclusion of alcohol companies affect the risk-adjusted return positively. This implies that private investors should save their money in Swedish funds that exclude alcohol companies in order to avoid lower risk-adjusted return.

Fondsparandet i Sverige har under de senaste decennierna ökat kraftigt och idag sparar över 60% av befolkningen i fonder. Utöver detta har bland annat miljömedvetenheten hos befolkningen ökat, vilket har bidragit till ett ökat engagemang i hållbarhetsfrågor hos företag. I kölvattnet av dessa trender har allt fler svenska fondbolag valt att införa etiska restriktioner på deras investeringar, så att fondsparare på ett enkelt sätt ska kunna investera hållbart. Syftet med denna studie var att undersöka hur etiska restriktioner påverkar svenska fonders prestation med avseende på riskjusterad avkastning. Där tidigare forskning har fokuserat på att jämföra etiska och traditionella fonder, valde denna studie istället att inte göra någon skillnad mellan de två fondtyperna. Studiens relevans baseras på hur studiens slutsatser kan hjälpa småsparare att bli medvetna om vilka etiska restriktioner som hämmar avkastningen och vad varje…

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[pt] No presente trabalho estudou-se numericamente a instabilidade das ondas na interface do escoamento estratificado de água e óleo em um canal plano. Esse padrão de escoamento, associado ao estágio inicial da formação de golfada, é comum em aplicações industriais, de áreas como produção de petróleo, nuclear, química e muitas outras. Através da introdução de perturbações controladas na interface do escoamento estratificado, analisou-se a evolução dessas perturbações à luz das teorias de estabilidade hidrodinâmica. Os experimentos numéricos foram realizados utilizando o método de Volume of Fluid (VOF) do simulador comercial ANSYS Fluent versão 15.0. Analisou-se o comportamento do escoamento em dois regimes distintos com relação a amplitude das ondas interfaciais. No primeiro regime, empregaram-se ondas pequenas o suficiente para que efeitos não lineares fossem desprezíveis. Os resultados obtidos apresentaram boa concordância com as previsões fornecidas por um solver das equações de Orr-Sommerfeld, para escoamento bifásico estratificado em um canal, indicando que a ferramenta numérica foi capaz de reproduzir o comportamento das ondas interfaciais. Mostrou-se que existe uma faixa de amplitudes, em torno de 0,2 porcento da altura do canal, a partir da qual os efeitos não lineares se tornam relevantes. No regime não linear foram avaliados diferentes cenários de interação não linear entre ondas, os quais geralmente são associados a transição do regime do escoamento estratificado para golfadas. Identificou-se o cenário mais relevante, analisando-se,a eficiência de cada uma dessas interações isoladamente. Observou-se que interações não lineares entre ondas de comprimento parecido são as que crescem mais rapidamente. Esse mecanismo parece ser dominante também na presença de um grande número de ondas, como é o caso esperado em um evento natural. Utilizou-se um modelo fracamente não linear, baseado nas equações de Stuart-Landau, para modelar o comportamento das ondas no escoamento, obtendo-se excelente concordância com os resultados das simulações. Isso é interessante do ponto de vista prático, pois sugere que modelos não lineares simples, como é o caso da equação de Stuart-Landau, podem ser implementados para melhorar as ferramentas utilizadas para prever mudanças de regime em escoamentos bifásicos.

[en] In the present work, the instability of waves at the interface of the stratified flow of water and oil in a plane channel was numerically studied. This flow pattern, which is associated with the initial stages of slug formation, is common in industrial application in areas such as oil production, nuclear, chemical and many others. Through the introduction of controlled perturbations at the interface of a stratified flow, the evolution of the perturbations was analyzed based on hydrodynamics stability theories. Numerical experiments were performed using the Volume of Fluid (VOF) method of the ANSYS Fluent release 15.0 commercial simulator. The behavior of the flow in two different regimes with respect to the amplitude of…

Advisors/Committee Members: IGOR BRAGA DE PAULA, IGOR BRAGA DE PAULA.

▼ Examining the accessibility and restrictions of sacred spaces in the Ancient Greek world can help us to better understand the past use of the space and the community that oversaw the space. Ancient literary sources give hints on how the conceptualized boundaries (the temenos, abaton, and adyton) of sacred sites functioned and affected access to sites. Literary and epigraphic evidence indicate general restrictions placed on visitors to sanctuaries, relating to such issues as purity and gender regulations. Archaeological remains can help to determine the ways that spatial configurations at sites might have reflected potential sacred restrictions. The literary evidence and the archaeological remains both indicate a pattern in terms of accessibility at sanctuary sites. When political control or complexity increases in a community, the shrines under the influence of those communities develop more restrictions and regulations. Evidence from Minoan peak sanctuaries, Mycenaean sanctuaries within palatial centers, and Archaic-Classical sanctuaries suggests that access at sanctuary sites were dictated to a large degree by political control. At times when political complexity and competition increased within communities, tighter restrictions can be seen developing at sacred sites controlled by these communities. The exception to this pattern of development seems to be rural and mountaintop sanctuaries. Rural and mountaintop sanctuaries are often more removed from political regulation and are instead run by smaller local settlements. These sites appear to have fewer restrictions imposed on them by governmental bodies, and instead tend to develop strong mythic traditions and superstitions that serve to enforce behavior and access at the sites. The region of Arkadia displays this alternative model of developments and can be seen in the development of sites like Mt. Lykaion. These access and restrictions patterns can provide insight into the political and religious lives of the communities in charge of sanctuaries. Advisors/Committee Members: Voyatzis, Mary E (advisor), Romano, Irene (committeemember), Park, Arum (committeemember).

▼ [pt] Este trabalho pretende desenvolver uma metodologia para valorar variáveis ambientais a partir da teoria das opções reais. Na tentativa de atribuir um valor monetário às variáveis do meio ambiente, diversos métodos têm sido propostos no campo de análise das ciências econômicas. No entanto, atribuir um valor econômico para o ativo ambiental não tem sido uma tarefa simples, pois envolve uma gama de conceitos multidisciplinares. Existem vários métodos para a avaliação dos recursos ambientais e três destes aparecem recorrentemente na literatura. São eles : Métodos do Custo da Viagem (MCV), Método dos Preços Hedônicos (MPH) e Método de Valoração Contingente (MVC). Estas três técnicas se fundamentam essencialmente nas preferências dos consumidores, o que aumenta a subjetividade presente no valor calculado pelas mesmas. Além disso, alguns aspectos importantes envolvidos na valoração do ambiente, como o valor de quasi-opção e o valor de existência, são simplesmente desconsiderados ou ficam completamente implícitos, como no caso do MCV. Desta forma, a totalidade da valoração econômica do meio ambiente não é atacada. Esta pesquisa se propôs a desenvolver uma metodologia de avaliação dos recursos naturais utilizando uma abordagem pela teoria de opções reais e de seus conceitos inerentes. No propósito de desenvolver uma nova metodologia de avaliação dos recursos naturais, o problema da valoração foi inserido no contexto de um estudo de caso referente ao setor elétrico brasileiro. O sistema elétrico do Brasil opera assumindo as restrições hidráulicas de maneira rígida e a violação destas restrições implica em danos ao meio ambiente. As restrições hidráulicas limitam a autonomia de decisão do uso da água para a geração de energia elétrica por questões legais e institucionais. Porém, em momentos críticos, como em períodos de secas, é preciso cogitar a possibilidade de relaxar os limites estabelecidos para as restrições. Isso pode implicar em incorrer em custos que, em geral, são desconhecidos. A violação dos limites rígidos das restrições envolve um conjunto de aspectos que podem ser de natureza social, econômica, política e ambiental. A fim de desenvolver a metodologia proposta, este estudo irá focar prioritariamente nas questões econômico-ambientais associadas à violação das restrições associadas ao aproveitamento hidrelétrico do rio São Francisco na localidade do estado da Bahia. Contudo, em trabalhos futuros, o método poderá ser estendido para abranger os demais aspectos mencionados. Entre as principais contribuições desta pesquisa estão a inclusão do valor futuro do meio ambiente na definição do seu valor presente. Isto é feito levando em conta as incertezas existentes nas parcelas que compõem o valor total do meio ambiente. Além disso, o trabalho propõem uma forma de calcular explicitamente as parcelas do valor de existência, do valor de quasi opção e o valor de uso indireto dos bens ambientais. Sob a ótica do setor elétrico, esta pesquisa apresenta um formato para operacionalizar a análise custo-benefício da violação (ou… Advisors/Committee Members: MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO.

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[pt] Problemas de Programação de Horários (PPHs) tem sido amplamente estudados, dada a sua importância prática e teórica. A maioria das variações do problema pertence µa classe NP-Difícil. Em geral, trata-se da alocação de recursos materiais e humanos no espaço e no tempo, visando a otimização de um conjunto de objetivos definidos. Na Programação de Horários de Cursos Universitários, por exemplo, o objetivo pode ser a satisfação do corpo docente e o desempenho acadêmico dos alunos. Nos últimos anos, as formulações de PPHs propostas pela International Timetabling Competition (ITC) tem sido bastante utilizadas, sendo notável a predominância de métodos baseados em busca local e metaeurísticas entre as abordagens propostas recentemente. Este trabalho tem como objetivo propor algoritmos para o Problema de Programação de Horários Pós-Matrícula da ITC, focando principalmente em métodos heurísticos baseados em Programação Matemática. Entre os modelos de Programação Linear Inteira Mista que propomos para este problema, destaca-se o modelo baseado na Formulação de Representantes Assimétricos para o Problema de Coloração de Grafos. Abordamos a aplicação da heurística de Local Branching e propomos um esquema de resolução por Geração de Colunas, como forma de viabilizar o tratamento dos modelos propostos, uma vez que a complexidade de tais modelos representa um desafio para os resolvedores de Programação Linear Inteira Mista atualmente disponíveis.

[en] Timetabling Problems have been widely studied, given its practical and theorical relevance. Most of its variations belong to the NP-Hard class of problems. In general, it is about allocation of material and human resources in time and space, aiming to optimize some set of defined objetives. In University Course Timetabling, for example, the objective might be the satisfaction of professors and the academic performance of students. In the last years, the formulations for timetabling problems proposed by the In- ternational Timetabling Competition (ITC) have been widely adopted. The predominance of meta-heuristics and local search-based methods is remark- able among the recently proposed approaches. The objetive of this thesis is to propose algorithms for the Post Enrolment-based Course Timetabling Problem of the ITC, focusing on Mathematical Programming-based heuris- tic methods. Among the Mixed Integer Linear Programming models that we propose for this problem, we highlight the one based on the Asymetric Representatives Formulation for the Graph Coloring Problem. We explore the application of the Local Branching heuristic and we propose a Column Generation solution procedure, as an attempt to handle the proposed models, given that the complexity of such models poses a challenge for currently available Mixed Integer Linear Programming solvers.

Advisors/Committee Members: MARCUS VINICIUS SOLEDADE POGGI DE ARAGAO.

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[pt] Nesta dissertação descrevemos a preparação de nanopartículas (NPs) de ouro através do aquecimento de filmes finos de ouro depositados em substratos de soda-lime pela técnica Magnetron Sputtering. Foi realizado um estudo para cinco espessuras diferentes variando entre (6–20) nm. Descrevemos também a caracterização morfológica e óptica (linear e não-linear) das nanopartículas formadas. Os resultados indicaram que a temperatura é de fundamental importância na formação das NPs, tendo sido realizado um estudo para formação a diferentes temperaturas. As amostras foram caracterizadas estruturalmente pela microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM). Para o processamento das imagens geradas pelas microscopias utilizou-se uma análise de imagem (IA) antes da extração dos atributos morfológicos envolvendo as etapas de pré-processamento, segmentação, pós-processamento e medida. Para o processamento e extração de atributos, utilizou-se o Software KS400. As partículas possuem dimensões nanométricas com forma aproximadamente esféricas e diâmetros médios em torno de 13 nm para NPs formadas pelo aquecimento de filmes finos de 6 nm de espessura à 600° C por 4 minutos. As caracterizações ópticas lineares e não-lineares das NPs em estudo foram realizadas através das técnicas de espectroscopia UV-Vis e varredura z (Z-SCAN) em 800 nm respectivamente. No estudo da não-linearidade óptica foram determinados os índices de refração não linear (n2) e a absorção não- linear (a2) das NPs de ouro. Os resultados revelaram altos índices de refração não- linear, assim como uma inversão de sinal na absorção não-linear e no índice de refração não-linear quando os filmes finos de ouro são submetidos a um aquecimento a 600°C por 4 minutos.

[en] In this dissertation we describe the preparation of gold nanoparticles (NPs) by heating gold thin films of thicknesses between (6-20) nm, previously deposited on soda-lime substrates by Magnetron Sputtering. Also described are the morphological and optical (linear and nonlinear) characterization of the NPs. The tempertature dependence of the formation process of the NPs was investigated. The samples were structurally characterized by Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy, High Resolution (FESEM). We used an image analysis (IA) before extraction of morphological features involving the steps of preprocessing, segmentation, post-processing and measurement. For the processing and extraction of attributes, we used the software KS400. The particles have nanometers dimensions with approximately spherical shape and diameters around 13 nm for NPs formed by heating 6 nm thick thin films at 600 ° C for 4 minutes. The linear and nonlinear optical characterization of the NPs were performed through the techniques of UV-Vis spectroscopy and (TM-EZ at 532 nm, respectively. The non-linear optical characterization yielded the nonlinear refractive index (n2) and nonlinear absorption (a2) of the gold NPs formed. The results revealed high linear…

Advisors/Committee Members: ISABEL CRISTINA DOS SANTOS CARVALHO.

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[pt] O objetivo desta dissertação é o estudo de procedimentos para avaliação da confiabilidade metrológica do tamanho de campo irradiado (TCI) por aceleradores lineares. No contexto das recentes alterações no panorama regulamentar dos serviços de radioterapia, com a implementação da RDC número 20, em 2006, pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), foi estabelecida a compulsoriedade do uso do densitômetro óptico na verificação do TCI, como parte do controle da qualidade. Questões associadas à implementação prática dos recentes requisitos para medição do tamanho de campo irradiado e as recentes indicações do potencial uso de filmes radiocrômicos para o controle da qualidade em radioterapia motivaram a realização do presente trabalho. Foram empregados três diferentes procedimentos para avaliação do tamanho de campo irradiado por aceleradores lineares utilizados em treze serviços de radioterapia localizados no Estado do Rio de Janeiro, utilizando filmes radiocrômicos EBT QD mais, RTQA, densitômetro óptico DensiX tipo T52001 ou scanner de transmissão Microtek. Os resultados destacam a contribuição das fontes de incerteza de medição para cada procedimento realizado e indicam a necessidade de considerá-la na avaliação da conformidade utilizando o densitômetro óptico (DO). Devido às propriedades do filme radiocrômico RTQA, o mesmo não pode ser utilizado no procedimento de medição com DO. Em conclusão, o uso do procedimento de medição utilizando scanner mostrou-se mais adequado para avaliação das dimensões de campos de radiação não-homogêneos.

[en] The objective of the present work is to study different procedures for metrological evaluation of the size of the radiation field emitted by linear accelerators. In the context of the recent requirements determined by the publication of the RDC number 20, in 2006, by National Agency for Sanitary Vigilance (Anvisa), the compulsory use of the optical densitometer for the measurements of the field size during quality control tests was introduced. Practical implementation issues associated with these requirements and the recent studies indicating the potential use of radiochromic films for measurements of the field size motivated the present work. Three different procedures were employed in order to evaluate the radiation field size emitted by linear accelerators used in thirteen radiotherapy services located in Rio de Janeiro, using radiochromic films EBT QD plus and RTQA, optical densitometer DensiX type T52001 or scanner Microtek. The results indicate the contribution of the measurement uncertainty associated to each procedure performed, highlighting the importance of its consideration during tests for conformity assessment with the recently required optical densitometer. Nevertheless, the RTQA radiochromic film properties precluded its use in the procedure using optical densitometer. In conclusion, among the evaluated procedures for radiation field evaluation, the use of the scanner was the most appropriate, especially if dimensional non-homogeneities are present.

Advisors/Committee Members: ELISABETH COSTA MONTEIRO.

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[pt] A otimização topológica tem por objetivo buscar uma distribuição ótima de uma quantidade limitada de material em um dado domínio, de tal maneira a minimizar uma medida de desempenho, como, por exemplo, a flexibilidade da estrutura. Tradicionalmente, são utilizados algoritmos clássicos, baseados em gradiente, para se encontrar a solução deste problema de otimização. Este trabalho propõe a aplicação de uma técnica alternativa, baseada no conceito de derivada topológica, para a solução do problema de otimização topológica em domínios bidimensionais arbitrários, utilizando malhas de elementos finitos poligonais. Inicialmente, são apresentados os conceitos básicos da expansão assintótica topológica na solução de problemas de elasticidade linear em um domínio com pequenas perturbações. Usamos esse conceito para definir a derivada topológica a partir da solução desse problema e de um equivalente em um domínio sem perturbações. Em seguida, discutimos a obtenção da derivada topológica em problemas unidimensionais simples para depois estender este conceito para problemas de elasticidade linear bidimensional. Apresentamos uma implementação computacional da derivada topológica, em MATLAB, e aplicamos o código desenvolvido na solução de problemas de otimização topológica, conhecidos na literatura. Finalmente, apresentamos as conclusões sobre a qualidade dos resultados obtidos e a eficiência computacional da implementação proposta e sugerimos alguns tópicos para futuros desenvolvimentos.

[en] The purpose of topology optimization is to find the optimum material distribution of a limited amount of material in a given domain, in such a way that it minimizes a performance measure, such as the structure s compliance. Traditionally, classical algorithms based on gradients are used to obtain the solution of optimization problems. This work proposes the application of an alternative technique, based on the topological derivative concept, for the solution of topology optimization problems in arbitrary two-dimensional domains, using polygonal finite element meshes. Initially, the basic concepts of topological asymptotic expansion of linear elasticity problems in a domain with small perturbations are presented. We use this concept to define the topological derivative from the solution of this problem and an equivalent one on a domain without perturbations. Then, we discuss how to calculate the topological derivative for one-dimensional problems before extending this concept to two-dimensional linear stability problems. We present a computational implementation of the topological derivative in MATLAB, and apply the developed code to solve topology optimization problems known in the literature. Finally, we present some conclusions about the quality of the results obtained and the computational efficiency of the proposed implementation and suggest some topics for future developments.

Advisors/Committee Members: IVAN FABIO MOTA DE MENEZES, IVAN FABIO MOTA DE MENEZES.

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[pt] Esta tese apresenta o desenvolvimento e os resultados deste projeto de doutorado, cujo objetivo, de caráter multidisciplinar, foi desenvolver uma metodologia e uma ferramenta para segmentação de redes vasculares a partir de imagens de tomografia computadorizada, utilizando procedimentos de segmentação automática de imagens e visualização tridimensional de dados. A metodologia sugerida segmenta a rede vascular iterativamente utilizando um único ponto de partida. A abordagem utiliza um modelo de amostragem cônico composto de várias camadas esféricas concêntricas ordenadas. Cada ponto amostrado é avaliado utilizando-se uma medida de vascularidade proposta nesta tese, que busca identificar pontos que pertencem a vasos. Um grafo dirigido é então construído com os pontos selecionados e analisado para que se encontre localmente cadeias de pontos conectados que compõem pedaços de ramos da rede vascular. Cada segmento da rede vascular gera uma nova semente a partir da qual uma nova amostragem é realizada e desta forma o procedimento iterativo se repete até que toda a estrutura vascular seja segmentada. A metodologia foi testada utilizando-se imagens sintéticas e reais. Dentre as imagens reais foram segmentadas estruturas vasculares coronárias, carótidas, hepáticas, pulmonares além de uma rede de fibras nervosas do sistema olfativo. Também foram extraídas as topologias das redes vasculares. A avaliação foi quando possível quantitativa, embora este tipo de dado muito raramente ofereça uma segmentação de referência, e nestes casos a avaliação foi qualitativa e visual. Os resultados obtidos confirmam o potencial do método e indicam direções para promover desenvolvimentos futuros.

[en] This thesis presents the development and results of this PhD project, which objective, multidisciplinary, was to develop a methodology and a tool for segmenting vascular networks from CT images, using automatic segmentation procedures and visualization of three-dimensional images data. The suggested methodology tracks a vascular network iteratively using a single starting point. The approach uses a conical sampling model composed of multiple concentric and ordered spherical layers. Each sampled point is evaluated using a measurement of vascularity proposed in this thesis, which seeks to identify points that belong to vessels. A directed graph is then built with the selected points and analyzed to find chains of connected points that make up pieces of branches of the vascular network. Each vascular segment found generates a new seed from which a new sampling is performed, and in this way the iterative procedure is repeated until the entire vascular structure is segmented. The methodology was tested using synthetic and real images. Among the real images several different vascular structures were segmented, such as coronary, carotid, hepatic, pulmonary and even a network of nerve fibers in the olfactory system. Vascular network topologies were also identified. The evaluation was quantitative where possible, although this type of data rarely…

Advisors/Committee Members: RAUL QUEIROZ FEITOSA.

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[pt] Este trabalho apresenta uma abordagem de modelagem de sistemas dinâmicos, em conjunção com uma nova proposta de controladores embarcados para veículos automotores. Nesta nova proposta, além de ser possível modificar o controle aplicado à dinâmica veicular, por intermédio da habilitação e desligamento sucessivos de controladores locais específicos, também é possível modificar a complexidade do modelo dinâmico do automóvel, fazendo-o se comportar o mais próximo possível de como o homem o percebe: em partes e com complexidades diferentes à medida que se alteram as situações operacionais. Esta abordagem aproxima o veículo do conceito de homeostase empregado nas ciências médicas, que determina o funcionamento normal do corpo humano. Ela reconhece a capacidade de um controlador hierarquizado de alto nível determinar doses de ações de controle para situações críticas distintas conseguindo, com isso, restabelecer uma condição de estabilidade local que, por consequência, tende a garantir a estabilidade global do veículo. Este trabalho apresenta as considerações teóricas e o princípio dos desenvolvimentos para a obtenção do Controlador Homeostático, junto com simulações e aplicações em casos particulares.

[en] This work presents a technique for modeling dynamic systems together with a new proposal for the design and development of embedded controllers for automotive systems. In this new approach not only is it possible to modify the applied controller to vehicle dynamics by simply enabling or disabling successive specific local controllers, but it is also possible to change complexity of the dynamic model of the car. With this approach the designer makes the vehicle behave closer to what is perceived by humans: a vehicle in parts and with different complexities as operational situations may change. This approach approximates the vehicle to the homeostasis concept, employed in medical sciences, which determines the normal behavior of the human body. It recognizes the ability of a high level hierarchical controller to determine small control actions for critical specific scenarios. By that the controller reestablishes local stability and, as a direct consequence, ensures global stability of the vehicle. This work presents theoretical considerations and the initial developments in order to achieve the Homeostatic Controller. It also presents simulations and applications to specific cases.

Advisors/Committee Members: RICARDO TANSCHEIT.

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[pt] Esta dissertação trata da aplicação de modelos lineares mistos em dados provenientes de experimentos com restrição na aleatorização. O experimento utilizado neste trabalho teve como finalidade verificar quais eram os fatores de controle do processo de laminação a frio que mais afetavam a espessura do material utilizado na fabricação das latas para bebidas carbonatadas. A partir do experimento, foram obtidos dados para modelar a média e a variância da espessura do material. O objetivo da modelagem era identificar quais fatores faziam com que a espessura média atingisse o valor desejado (0,248 mm). Além disso, era necessário identificar qual a combinação dos níveis desses fatores que produzia a variância mínima na espessura do material. Houve replicações neste experimento, mas estas não foram executadas de forma aleatória, e, além disso, os níveis dos fatores utilizados não foram reinicializados, nas rodadas do experimento. Devido a estas restrições, foram utilizados modelos mistos para o ajuste da média, e da variância, da espessura, uma vez que com tais modelos é possível trabalhar na presença de dados auto-correlacionados e heterocedásticos. Os modelos mostraram uma boa adequação aos dados, indicando que para situações onde existe restrição na aleatorização, a utilização de modelos mistos se mostra apropriada.

[en] This dissertation presents an application of linear mixed models on data from an experiment with restriction in randomization. The experiment used in this study was aimed to verify which were the controlling factors, in the cold-rolling process, that most affected the thickness of the material used in the carbonated beverages market segment. From the experiment, data were obtained to model the mean and variance of the thickness of the material. The goal of modeling was to identify which factors were significant for the thickness reaches the desired value (0.248 mm). Furthermore, it was necessary to identify which combination of levels, of these factors, produced the minimum variance in the thickness of the material. There were replications of this experiment, but these were not performed randomly. In addition, the levels of factors used were not restarted during the trials. Due to these limitations, mixed models were used to adjust the mean and the variance of the thickness. The models showed a good fit to the data, indicating that for situations where there is restriction on randomization, the use of mixed models is suitable.

Advisors/Committee Members: REINALDO CASTRO SOUZA.

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[pt] O monitoramento de perfis é utilizado para verificar a estabilidade de uma relação funcional envolvendo uma variável resposta e uma ou mais variáveis explicativas ao longo do tempo. Kang e Albin (2000) fizeram uso do gráfico de controle qui-quadrado com parâmetros de projeto fixos para monitorar perfis lineares representados por um modelo de regressão linear simples. Nessa dissertação, com base nos estudos de Kang e Albin (2000), desenvolvemos o gráfico de controle qui-quadrado com tamanho de amostra variável para o monitoramento de um perfil linear. O gráfico proposto monitora o intercepto e o coeficiente de inclinação de um modelo de regressão linear simples, com o uso de amostras com dois tamanhos. O desempenho do gráfico proposto é comparado com o desenvolvido por Kang e Albin (2000). A medida de desempenho utilizada na comparação é o número médio de amostras até um sinal, obtida através de uma análise baseada em cadeias de Markov. Concluímos que é vantajoso utilizar o gráfico de controle qui-quadrado com tamanho de amostra variável.

[en] The monitoring of profiles is used to verify the stability of a functional relationship involving a response variable and one or more explanatory variables over time. Kang and Albin (2000) employed the chi-square control chart with fixed design parameters for monitoring linear profiles represented by a simple linear regression model. Based on the studies of Kang and Albin (2000), we developed the chi-square control chart with variable sample size for monitoring a linear profile. The proposed chart monitors the intercept and slope coefficient of a simple linear regression model, using two different sample sizes. The performance of the graph developed by Kang and Albin (2000) and the one presented here is compared. The average run length, obtained through a Markov chain, was used as performance measure to compare the two charts. We conclude that it is advantageous to use the chi-square control chart with variable sample size.

Advisors/Committee Members: REINALDO CASTRO SOUZA.

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[pt] A otimização em esportes é uma área que reúne diversas aplicações relacionadas ao planejamento e gestão de atividades esportivas. Diversas técnicas de otimização combinatória têm sido aplicadas, por exemplo, à  construção de tabelas de torneios e à  análise do desempenho de equipes em competições. Um problema que surge no contexto da organização de competições esportivas consiste na determinação de quais árbitros atuarão em cada partida de um determinado torneio. Diversas regras devem ser observadas no processo de atribuição de árbitros, que em geral envolve também a consideração de vários objetivos. Esta tese tem como objetivo principal apresentar um estudo sobre um problema de atribuição de árbitros, comum a várias ligas esportivas amadoras. Demonstra-se que a versão de decisão do problema estudado é um problema NP-completo. Considera-se inicialmente duas variantes mono-objetivo do PAA, que diferem uma da outra pela função objetivo adotada. Propõe-se modelos de programação linear inteira que permitem uma abordagem exata para a resolução de instâncias de pequeno e médio portes. Com o intuito de tratar instâncias de tamanho real, propõe-se também abordagens aproximadas de resolução baseadas na metaheurí­stica Iterated Local Search (ILS). Uma vez que o PAA tem origem em aplicações reais, ligadas a processos de tomada de decisões, é natural que envolva a consideração de diversos objetivos, muitas vezes em conflito. Tal fato motivou a investigação do uso de técnicas de otimização multi-critério que possam ser utilizadas na construção de um sistema de suporte a decisão e aplicadas a uma variante bi-objetivo do PAA, que considera simultaneamente as duas funções objetivo utilizadas nas variantes mono-objetivo estudadas. Abordagens de resolução exata e aproximada para esta variante bi-objetivo são propostas e seus resultados discutidos.

[en] Optimization in sports is a field of increasing interest. Combinatorial optimization techniques have been applied e.g. to game scheduling and playoff elimination. A problem that arises in competition management is the assignment of referees to games already scheduled. There are a number of rules and objectives that should be taken into account when referees are assigned to games. We address two mono-objective versions of a Referee Assignment Problem (RAP) common to many amateur leagues of sports such as soccer, baseball, and basketball. The problem is formulated by integer programming and its decision version is proved to be NP-complete. To tackle real-life large instances of the RAP, we propose a three-phase heuristic approach based on a constructive procedure, a repair heuristic to make solutions feasible, and a local search heuristic to improve feasible solutions, based on the metaheuristic iterated local search. Numerical results on realistic instances are presented and discussed. This work also investigates the solution of a bi-objective version of the RAP, which combines both objective functions used in the mono-objective versions. Exact and heuristic approaches are…

Advisors/Committee Members: CELSO DA CRUZ CARNEIRO RIBEIRO, CELSO DA CRUZ CARNEIRO RIBEIRO.

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[pt] Esta dissertação tem como objetivo propor modelos matemáticos e ferramentas computacionais de assessoria na tomada de decisão para o dimensionamento da frota ótima de veículos. O trabalho apresenta modelos que visam reduzir os custos de transporte para uma frota heterogênea de veículos composta por veículos próprios e terceirizados. Os modelos são baseados em problemas de Bin Packing, Roteirização de veículos e dimensionamento de frotas heterogêneas e foram moldados para atender as necessidades da empresa em estudo. Os resultados obtidos na aplicação de cada modelo foram comparados e as ferramentas computacionais utilizadas foram analisadas para identificar os pontos positivos e negativos. Este trabalho também propõe um modelo que compara a compra de novos veículos com a terceirização das entregas quando a frota própria não é suficiente para atender a demanda.

[en] This dissertation aims to propose mathematical models and computational tools to optimize the dimension of a heterogeneous vehicle fleet in his size and composition. This work shows models that intend to reduce transportation cost for a heterogeneous fleet compose by own and third vehicles. The models are based in problems such as BPP- Bin packing problem, VRP – Vehicle routing problem and linear programming. The problems have been molded to attend the necessities of the company in the study of case. The results achieved in the application of each model were compared and the computational tools had been analyzed to identify positive and negative points. This work also proposes a model that compares the purchase of new vehicles with the delivery by third company when the own fleet is not enough to attend the demand.

Advisors/Committee Members: JOSE EUGENIO LEAL.

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[pt] As doenças vasculares são enfermidades graves e seus tratamentos são complexos e necessitam de procedimentos cirúrgicos. Para a realização desses procedimentos, são necessários equipamentos, equipes qualificadas e unidade de terapia intensiva (UTI) equipada para o pós-operatório. Hospitais de ensino devem atender à legislação vigente que preconiza um número mínimo de cirurgias para aprovação do residente no programa de formação. Assim, propõe-se, via otimização, encontrar soluções eficientes para o planejamento e programação de cirurgias eletivas que atendam à legislação. Este problema é tratado em 2 níveis. O primeiro é relativo ao planejamento e é chamado de Master Surgical Schedule (MSS) que consiste em definir os recursos necessários para a realização de um conjunto de procedimentos. O segundo se refere à programação e é chamado de Surgical Case Assigment Problem (SCAP) e tem por objetivo alocar o médico a cada cirurgia. Assim, foram propostos dois modelos de programação matemática, um para o MSS e outro para o SCAP. Estes modelos foram aplicados no caso real da alocação de residentes para cirurgias vasculares no Hospital Universitário Pedro Ernesto. Como resultado do modelo MSS, identificou-se a necessidade de mais anestesistas e maior disponibilidade de equipamentos para atender à legislação de formação de residentes. Por fim, como resultado do SCAP, o quantitativo de cirurgias foi distribuído entre os cirurgiões de forma balanceada.

[en] Vascular diseases are serious diseases and their treatments are complex and require surgical procedures. In order to perform these procedures, is required equipment, qualified teams and an intensive care unit (ICU) equipped for the postoperative period. Teaching hospitals must comply with current legislation that recommend a minimum number of surgeries for the resident s approval in the training program. Thus, it is proposed, through optimization, to find efficient solutions for the planning and programming of elective surgeries that comply with the legislation. This problem is dealt with on two levels. The first is relative to planning and is called the Master Surgical Schedule (MSS), which consists of defining the necessary resources to perform a set of procedures. The second one refers to programming and is called Surgical Case Assigment Problem (SCAP) and aims to allocate the doctor to each surgery. Thus, two models of mathematical programming were proposed, one for MSS and another for SCAP. These models were applied in the real case of residents allocation for vascular surgeries at Pedro Ernesto University Hospital. As a result of MSS model were identified the need for more anesthesiologists and greater availability of equipment ensure the cover of resident training legislation. Finally, as a result of SCAP, the quantity of surgeries was distributed equitably distributed among surgeons.

Advisors/Committee Members: SILVIO HAMACHER.

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[pt] O objetivo do presente trabalho é a geração de uma série mensal de carga elétrica livre das variações de calendário e de temperatura. Para tal, foram comparadas duas abordagens, uma totalmente empírica e outra híbrida com métodos empíricos e modelagens de regressão dinâmica, para identificar a mais adequada para a retirada desses ofensores. Os dados utilizados são provenientes de observações diárias de cada um dos quatro subsistemas que integram o Sistema Interligado Nacional (SIN), porém a ideia é produzir séries mensais do SIN e não apenas de cada um dos subsistemas. A série trimestral do PIB foi utilizada para decidir qual abordagem melhor ajustou os dados de Carga. A série mensal de carga ajustada do SIN será utilizada para subsidiar decisões, de compra e venda de energia nos leilões, das empresas distribuidoras de energia elétrica.

[en] This thesis proposes a method to generate monthly load series free of variations coming from two sources: calendar and temperature. Two approaches were considered, one totally empirical and another one called hybrid, as it use empirical procedure to remove the calendar effect and a dynamic regression type of model to remove the temperature effects. The data set used comes found to daily observations from each one of the four subsystems that form the SIN (Brazilian Integrated Grid). However the final task is to obtain a unique monthly series for the SIN and not only the four subsystems monthly series. The quarterly PIB series was used to check the performance of the two proposed methods. Such adjusted series are quite important tools to hold on the decision of acquisitions and dailes of energy in the energy audits.

Advisors/Committee Members: REINALDO CASTRO SOUZA.

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[pt] A ocorrência do escoamento slug em tubulações horizontais é de especial interesse para a indústria de petróleo devido aos riscos operacionais indesejados associados a esse padrão de escoamento. Portanto, nas últimas décadas um intenso esforço foi dedicado ao estudo e modelagem do escoamento slug. Ferramentas preditivas baseadas na estabilidade linear de Kelvin-Helmhotz foram amplamente desenvolvidas na literatura para prever a transição para esse regime de escoamento. Esses modelos são derivados da análise de estabilidade modal de perturbações bem definidas. No entanto, para escoamento em tubulação, um número bastante limitado de estudos experimentais dedicados para investigação da evolução de perturbações que originem o regime slug está disponível. Além disso, estudos a partir da introdução de perturbações bem definidas, que podem fornecer informações precisas para validação de modelos e simulações numéricas, foram encontrados. O presente trabalho abordou o problema da transição para o regime slug a partir da caracterização da evolução de ondas interfaciais. Essas perturbações controladas foram excitadas com um modo de geração na interface do escoamento estratificado utilizando uma placa oscilatória. O trabalho se concentra na caracterização de ondas interfaciais no regime linear, que corresponde ao regime de estudo da maioria dos modelos disponíveis na literatura. Portanto, um limiar de amplitude para ondas lineares foi estimado experimentalmente. O acionamento da placa oscilatória foi sincronizado com as aquisições de imagens, permitindo medições sincronizadas em fase. As medições do campo de velocidade foram realizadas usando a técnica de Velocimetria de Imagem de Partículas (PIV) e Iluminação de Fundo (Shadowgraphy). O perfil de velocidade e turbulência do escoamento foram medidos simultaneamente nas fases do liquido e do gás. A sincronização em fase permitiu a extração do perfil de flutuação de velocidade coerentes as ondas interfaciais. Os resultados obtidos são originais e mostraram, pela primeira vez na literatura, que os modos interfaciais em ambas as fases são quase independentes dos modos cisalhantes, dentro da faixa de parâmetros abordados neste trabalho. A caracterização de ondas não lineares foi brevemente investigada, indicando mudanças no perfil do escoamento médio. Além disso, foi obtida uma correlação para o fator de atrito das ondas interfaciais, levando a uma melhoria na estimativa da altura do líquido e da perda de carga do tubo quando combinadas nas relações de fechamento dos modelos 1-D. A metodologia experimental proposta neste trabalho é uma ferramenta valiosa para produzir informações precisas que podem ser usadas para validar e aprimorar modelos teóricos e simulações numéricas. O estudo pode contribuir para a compreensão dos mecanismos físicos envolvidos na transição do escoamento estratificado para slug.

[en] The occurrence of slug regime in horizontal pipelines is of special interest for the oil and gas industry due to the unwanted operational risks associated with this flow.…

Advisors/Committee Members: IGOR BRAGA DE PAULA, IGOR BRAGA DE PAULA.