A Practical Review to Support the Implementation of Smart Solutions within Neighbourhood Building Stock

The construction industry has witnessed an increase in the use of digital tools and smart solutions, particularly in the realm of building energy automation. While realising the potential benefits of smart cities, a broader scope of smart initiatives is required to support the transition from smart buildings towards smart neighbourhoods, which are considered critical urban development units. To support the interplay of smart solutions between buildings and neighbourhoods, this study aimed to collect and review all the smart solutions presented in existing scientific articles, the technical literature, and realised European projects. These solutions were classified into two main sections, buildings and neighbourhoods, which were investigated through five domains: building-energy-related uses, renewable energy sources, water, waste, and open space management. The quantitative outcomes demonstrated the potential benefits of implementing smart solutions in areas ranging from buildings to neighbourhoods. Moreover, this research concluded that the true enhancement of energy conservation goes beyond the building’s energy components and can be genuinely achieved by integrating intelligent neighbourhood elements owing to their strong interdependencies. Future research should assess the effectiveness of these solutions in resource conservation

Towards edge intelligence in smart spaces

After more than two decades of existence, the internet of things has been revolutionizing the way we interact with the world around us. Although, in its origins, the adoption of a cloud computing paradigm supported this ubiquitous computing model, the increasing complexity of IoT systems has led to the gradual fading of the traditional hierarchical model of cloud computing. The search for solutions to the problems of latency, scalability and privacy has, in recent years, driven the movement of data processing and storage, from the cloud, to the edge of the network (edge computing). Starting from the particular case of edge computing that keeps the focus on extending the boundaries of artificial intelligence to the edge of the network - Edge intelligence - a survey of the current state of the art is carried out, culminating into the specification of an architecture to support edge intelligence applications. In order to validate the proposed architecture, two scenarios are presented. In the scope of waste management and energy recycling, a system for used cooking oil classification in a national domestic collection network is presented. With the local classification of the trustworthiness of each deposit, it was possible to significantly shorten the response times, with a direct impact on energy consumption levels. Aimed at smart cities, a second application scenario, proposes an approach based on computer vision and deep learning, for local detection of pedestrians on crosswalks. In this context, an edge intelligence paradigm allowed to overcome privacy related issues, as well as reducing response times by more than 80 times, when compared to a cloud computing based solution.Após mais de duas décadas de existência, a internet das coisas, tem vindo a revolucionar a forma como interagimos com o mundo que nos rodeia. Apesar de, nas suas origens, a adoção de um paradigma de computação em nuvem ter servido de suporte a este modelo de computação ubíqua, a crescente complexidade dos sistemas IoT tem conduzido ao paulatino esvanecer do tradicional modelo hierárquico da computação em nuvem. A procura por soluções para os problemas de latência, escalabilidade e garantia de qualidade de serviço tem, nos últimos anos, impulsionado a deslocação do processamento e armazenamento de dados, da nuvem, para a periferia da rede (computação periférica). Partindo do caso particular de computação periférica que mantém o foco no alargar das fronteiras da inteligência artificial para a periferia da rede - Periferia inteligente - um levantamento do atual estado da arte é levado a cabo, culminando na especificação de uma arquitetura de suporte a cenários de periferia inteligente. Com vista à validação da arquitetura proposta, dois cenários são apresentados. No âmbito da gestão de resíduos e reciclagem energética, um sistema para classificação de óleo alimentar usado, numa rede nacional de recolha doméstica é apresentado. Com classificação local da veracidade de cada depósito foi possível encurtar significativamente os tempos de resposta, com impacto direto nos níveis de consumo energético. Direcionado às cidades inteligentes, um segundo cenário de aplicação, propõe uma abordagem baseada em visão computacional e aprendizagem profunda, para deteção local de peões em passadeiras. Neste contexto, um paradigma de periferia inteligente permitiu ultrapassar questões relativas à privacidade na transmissão de dados, assim como reduzir em mais de 80 vezes os tempos de resposta, quando comparado com uma solução de computação em nuvem

2018 Oklahoma Research Day Guide Book

This is the 2018 Oklahoma Research Day Guide Book. This book does not contain abstracts

Essays on the economics of the energy mix diversification in the Transport Sector

The analysis of the consequences of the diversification of the Transport Sector energy mix is the main focus of this thesis. As a sector highly powered by fossil fuels, the promotion of alternative energy sources such as electricity and renewable fuels has to be pursued to reduce the use of oil, and consequently cut greenhouse gases emissions. However, currently, the alternative sources are faced with several challenges. To address some of these challenges, this thesis performs four analyses organized into three main parts. In the first one, the interactions between both conventional and alternative transports’ energy sources, economic growth and carbon dioxide emissions have been examined. Two essays have been carried out in the first part, to achieve these objectives. The recent methods of Panel-Vector Autoregressive and the Autoregressive Distributed lag models have been applied. The main findings suggest that the electricity use in the transport sector only contributes to reducing GHG emissions if this electricity is coming from renewable sources. At the same time, the alternative energy sources could compromise the economic growth highlighting that their cost-effectiveness must be enlarged. With adequate policy supporting, the penetration of the electricity in transport sector could have a great potential in, for instance, storing renewable electricity, improving renewable electricity utilisation. For that, the deployment of electricity on the road transportation is required. These evidences have definitively motivated the second and third main parts of this thesis. They are focused on the main challenges that the electric mobility on road transportation is faced: the penetration of electric vehicles in the automotive market and the impact of these vehicles on the electricity system management and renewables integration. Thus, the second part of this thesis aims to analyse the driving factors of electric vehicles adoption. This analysis goes further by distinguishing the adoption drivers of 100% electric vehicles, also known as battery electric vehicles, and plug-in electric vehicles. The factors analysed include: political, social, economic, environmental, and technical. A Panel-Corrected Standard Errors (PCSE) estimator is used for European Union countries and the robustness of the results has been confirmed by employing a Seemingly Unrelated Regression (SUR) method. Actually, the main challenge for both 100% electric vehicles and plug-in electric vehicles adoption is the technological progress of the batteries. Furthermore, this analysis highlights that the policymaking should be focused on each type of vehicle technology instead of electric vehicles as a whole. In line with the findings of the first part of this thesis, countries with high endogenous potential should promote more 100% electric vehicles than plug-in electric vehicles to take advantage of the renewable electricity. While countries with low renewable potential should promote more plug-in electric vehicles. The policies supporting electric mobility have been effective in the 100% electric vehicles market share enlargement, but not for plug-in electric vehicles. With an appropriated policy support and technological development, the 100% electric vehicles could contribute to increasing the efficiency of the electricity system and renewables integration. These evidences constitute the main motivation for the third part of this thesis. Therefore, the main objective of the third part is to analyse the drivers of both peak electricity demand and renewables integration, providing special attention to the role played by battery electric vehicles to this equilibrium. Both Panel-Corrected Standard Errors and Driscoll-Kraay estimators have been applied for European Union countries. Different models’ specifications have been used to confirm the robustness of the results found. This part highlights that the deployment of the 100% electric vehicles has led to a decrease of the peak electricity demand, which is indeed a desirable effect. Still, it should deserve further attention since the deployment of the large amounts of battery electric vehicles could modify this effect. At the same time, the 100% electric vehicles have not contributed to renewables integration. The policies focused on demand side management have been effective in integrating renewables in contrast to their lack of success in reducing peak electricity demand. The policymakers should design demand side management efficient policies to reduce the peak load demand. The promotion of Demand Response measures, such as differentiated electricity tariffs in peak periods and out-off peak periods could be an efficient way to achieve it.A presente tese foca-se em analisar as consequências da diversificação do mix de energia no sector dos transportes. Este sector é intensivo no consumo de combustíveis fósseis e consequentemente, é responsável por elevados níveis de emissões de gases com efeito de estufa. De forma a mitigar o seu impacto ambiental, o uso de fontes de energia alternativas, tais como eletricidade e combustíveis renováveis deve ser incentivado. Contudo, existem inúmeros desafios associados à utilização destas fontes. Com o intuito de abordar alguns dos desafios enfrentados, a presente tese realiza quatro ensaios, organizados em três partes. Na parte inicial, são estudadas as interações entre o consumo de fontes de energia convencionais e alternativas no sector dos transportes, bem como a sua relação com o crescimento económico e com as emissões de dióxido de carbono. De forma a analisar essas interações, foram realizados dois ensaios. Neles, foram aplicadas duas metodologias recentes de análise de dados em painel: Vetor Autorregressivo em Painel (Panel Vector Autoregressive - PVAR) e o Modelo Autorregressivo com Desfasamento Distribuído (Autoregressive Distributed Lag - ARDL). Os principais resultados sugerem que o consumo de eletricidade no setor dos transportes será benéfico para o ambiente, se essa eletricidade for gerada a partir de fontes de energia renováveis. Enquanto isso, as fontes alternativas poderão estar a comprometer o crescimento económico, enfatizando que o custo-benefício dessas fontes deve ser melhorado. A introdução de eletricidade no mix energético do setor dos transportes poderá ter um grande potencial em, por exemplo, possibilitar o armazenamento de eletricidade renovável aumentando assim a sua utilização. Para isso, as políticas devem promover o carregamento dos veículos quando existe excesso de geração de eletricidade renovável. Para que seja possível capturar esses benefícios, é necessária a implementação de eletricidade no transporte rodoviário. Definitivamente, estas evidências motivaram a segunda e terceira parte desta tese. As mesmas incidem nos principais desafios que a mobilidade elétrica rodoviária enfrenta: a penetração de veículos elétricos no mercado automóvel e o impacto dos veículos elétricos, quer na gestão do sistema elétrico quer na integração de energias renováveis. Assim, a segunda parte pretende analisar os fatores que suportam a adoção de veículos elétricos, abordando o seu papel individualmente tanto nos veículos 100% elétricos como nos híbridos plug-in. Fatores políticos, sociais, económicos, ambientais e técnicos foram incluídos e analisados. A Regressão Linear com Erros Padrão Corrigidos para Painel (Panel Corrected Standard Errors - PCSE) foi aplicada para analisar países da União Europeia e a robustez dos resultados foi comprovada mediante a aplicação de modelos de Regressão Aparentemente não Relacionada (Seemingly Unrelated Regression - SUR). A análise mostrou que o progresso tecnológico das baterias tem se revelado como um dos principais desafios para a implementação dos veículos 100% elétricos e dos híbridos plug-in. Além disso, este ensaio realça que as políticas devem ser focadas em cada tipo de veículo individualmente em vez de concentradas na mobilidade elétrica como um todo. Tendo em conta os resultados obtidos na primeira parte desta tese, países com elevado potencial em energias renováveis devem promover mais os veículos 100% elétricos do que os veículos híbridos plug-in, de forma a conseguir tirar maior vantagem da utilização intensiva de eletricidade renovável. Pelo contrário, países com baixo potencial em renováveis devem promover mais a utilização de híbridos plug-in. Poderão os veículos 100% elétricos contribuir para o aumento da eficiência do sistema elétrico e para a integração de renováveis? Esta curiosidade constitui-se como a essencial motivação para a terceira parte. O seu principal objetivo é analisar os impulsionadores do pico de consumo de eletricidade e de integração de renováveis, dando especial foco ao papel que os veículos 100% elétricos desempenham nesse equilíbrio. A Regressão Linear com Erros Padrão Corrigidos para Painel (Panel Corrected Standard Errors - PCSE) e a Regressão com Erros Padrão de Driscoll-Kraay (Regression with Driscoll-Kraay standard errors) foram os modelos aplicados para analisar países da União Europeia. Foram testadas diferentes especificações nos modelos, confirmando assim a robustez dos resultados. Esta parte salienta que o aumento da quota de mercado de veículos elétricos gera um decréscimo do pico de consumo de eletricidade, o que é, na verdade, um efeito desejável num sistema electroprodutor. Este efeito deve, no entanto, merecer atenção dos decisores de políticas, uma vez que, a implementação de um elevado número de veículos 100% elétricos, poderá alterar este efeito colocando picos de consumo em outros períodos. Importa salientar também que os resultados sugerem que as políticas aplicadas para a gestão ativa da procura (Demand Side Management - DSM) de eletricidade têm sido efetivas na integração de renováveis, mas não têm contribuído para reduzir o pico de consumo. Os decisores de políticas devem delinear políticas de DSM eficientes, promovendo, por exemplo, medidas de resposta da procura, tais como tarifas de eletricidade com preços diferenciados entre períodos de pico e períodos fora de pico

Emerging Technologies

This monograph investigates a multitude of emerging technologies including 3D printing, 5G, blockchain, and many more to assess their potential for use to further humanity’s shared goal of sustainable development. Through case studies detailing how these technologies are already being used at companies worldwide, author Sinan Küfeoğlu explores how emerging technologies can be used to enhance progress toward each of the seventeen United Nations Sustainable Development Goals and to guarantee economic growth even in the face of challenges such as climate change. To assemble this book, the author explored the business models of 650 companies in order to demonstrate how innovations can be converted into value to support sustainable development. To ensure practical application, only technologies currently on the market and in use actual companies were investigated. This volume will be of great use to academics, policymakers, innovators at the forefront of green business, and anyone else who is interested in novel and innovative business models and how they could help to achieve the Sustainable Development Goals. This is an open access book

Russian and Chinese Responses to U.S. Military Plans in Space

Explores what countermeasures China and Russia are likely to take if the United States continues to pursue the weaponization of space, and what the broader implications for international security will be