34 research outputs found

    Doctor of Philosophy

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    dissertationA broad range of applications capture dynamic data at an unprecedented scale. Independent of the application area, finding intuitive ways to understand the dynamic aspects of these increasingly large data sets remains an interesting and, to some extent, unsolved research problem. Generically, dynamic data sets can be described by some, often hierarchical, notion of feature of interest that exists at each moment in time, and those features evolve across time. Consequently, exploring the evolution of these features is considered to be one natural way of studying these data sets. Usually, this process entails the ability to: 1) define and extract features from each time step in the data set; 2) find their correspondences over time; and 3) analyze their evolution across time. However, due to the large data sizes, visualizing the evolution of features in a comprehensible manner and performing interactive changes are challenging. Furthermore, feature evolution details are often unmanageably large and complex, making it difficult to identify the temporal trends in the underlying data. Additionally, many existing approaches develop these components in a specialized and standalone manner, thus failing to address the general task of understanding feature evolution across time. This dissertation demonstrates that interactive exploration of feature evolution can be achieved in a non-domain-specific manner so that it can be applied across a wide variety of application domains. In particular, a novel generic visualization and analysis environment that couples a multiresolution unified spatiotemporal representation of features with progressive layout and visualization strategies for studying the feature evolution across time is introduced. This flexible framework enables on-the-fly changes to feature definitions, their correspondences, and other arbitrary attributes while providing an interactive view of the resulting feature evolution details. Furthermore, to reduce the visual complexity within the feature evolution details, several subselection-based and localized, per-feature parameter value-based strategies are also enabled. The utility and generality of this framework is demonstrated by using several large-scale dynamic data sets

    Pattern Recognition

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    A wealth of advanced pattern recognition algorithms are emerging from the interdiscipline between technologies of effective visual features and the human-brain cognition process. Effective visual features are made possible through the rapid developments in appropriate sensor equipments, novel filter designs, and viable information processing architectures. While the understanding of human-brain cognition process broadens the way in which the computer can perform pattern recognition tasks. The present book is intended to collect representative researches around the globe focusing on low-level vision, filter design, features and image descriptors, data mining and analysis, and biologically inspired algorithms. The 27 chapters coved in this book disclose recent advances and new ideas in promoting the techniques, technology and applications of pattern recognition

    Sobre a aplicação de técnicas de controlo em redes industriais com falhas

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    Doutoramento em Engenharia EletrotécnicaThe performance of real-time networks is under continuous improvement as a result of several trends in the digital world. However, these tendencies not only cause improvements, but also exacerbates a series of unideal aspects of real-time networks such as communication latency, jitter of the latency and packet drop rate. This Thesis focuses on the communication errors that appear on such realtime networks, from the point-of-view of automatic control. Specifically, it investigates the effects of packet drops in automatic control over fieldbuses, as well as the architectures and optimal techniques for their compensation. Firstly, a new approach to address the problems that rise in virtue of such packet drops, is proposed. This novel approach is based on the simultaneous transmission of several values in a single message. Such messages can be from sensor to controller, in which case they are comprised of several past sensor readings, or from controller to actuator in which case they are comprised of estimates of several future control values. A series of tests reveal the advantages of this approach. The above-explained approach is then expanded as to accommodate the techniques of contemporary optimal control. However, unlike the aforementioned approach, that deliberately does not send certain messages in order to make a more efficient use of network resources; in the second case, the techniques are used to reduce the effects of packet losses. After these two approaches that are based on data aggregation, it is also studied the optimal control in packet dropping fieldbuses, using generalized actuator output functions. This study ends with the development of a new optimal controller, as well as the function, among the generalized functions that dictate the actuator’s behaviour in the absence of a new control message, that leads to the optimal performance. The Thesis also presents a different line of research, related with the output oscillations that take place as a consequence of the use of classic co-design techniques of networked control. The proposed algorithm has the goal of allowing the execution of such classical co-design algorithms without causing an output oscillation that increases the value of the cost function. Such increases may, under certain circumstances, negate the advantages of the application of the classical co-design techniques. A yet another line of research, investigated algorithms, more efficient than contemporary ones, to generate task execution sequences that guarantee that at least a given number of activated jobs will be executed out of every set composed by a predetermined number of contiguous activations. This algorithm may, in the future, be applied to the generation of message transmission patterns in the above-mentioned techniques for the efficient use of network resources. The proposed task generation algorithm is better than its predecessors in the sense that it is capable of scheduling systems that cannot be scheduled by its predecessor algorithms. The Thesis also presents a mechanism that allows to perform multi-path routing in wireless sensor networks, while ensuring that no value will be counted in duplicate. Thereby, this technique improves the performance of wireless sensor networks, rendering them more suitable for control applications. As mentioned before, this Thesis is centered around techniques for the improvement of performance of distributed control systems in which several elements are connected through a fieldbus that may be subject to packet drops. The first three approaches are directly related to this topic, with the first two approaching the problem from an architectural standpoint, whereas the third one does so from more theoretical grounds. The fourth approach ensures that the approaches to this and similar problems that can be found in the literature that try to achieve goals similar to objectives of this Thesis, can do so without causing other problems that may invalidate the solutions in question. Then, the thesis presents an approach to the problem dealt with in it, which is centered in the efficient generation of the transmission patterns that are used in the aforementioned approaches.Em resultado de várias tendências que têm afetado o mundo digital, o desempenho das redes de comunicação em tempo-real está continuamente a ser melhorado. No entanto, tais tendências não só introduzem melhorias, como também introduzem uma série de não idealidades, tais como a latência, o jitter da latência de comunicação e uma maior probabilidade de perda de pacotes. Esta tese tem o seu cerne em falhas de comunicação que surgem em tais redes, sob o ponto de vista do controlo automático. Concretamente, são estudados os efeitos das perdas de pacotes em redes de controlo, bem como arquitecturas e técnicas óptimas de compensação das mesmas. Primeiramente, ´e proposta uma nova abordagem para colmatar os problemas que surgem em virtude de tais perdas. Essa nova abordagem ´e baseada no envio simultâneo de vários valores numa única mensagem. Tais mensagens podem ser de sensor para controlador, caso em que as mesmas são constituídas por um conjunto de valores passados, ou de controlador para actuador, caso em que tais mensagens contˆem estimativas de futuros valores de controlo. Uma série de testes revela as vantagens de tal abordagem. A abordagem acima explanada ´e seguidamente expandida de modo a acomodar o controlo óptimo. Contudo, ao contrário da abordagem acima apresentada, que passa pelo não envio deliberado de certas mensagens com vista a alcançar um uso mais eficiente dos recursos de rede; no presente caso, as técnicas são usadas para reduzir os efeitos da perda de pacotes. Em seguida são estudadas abordagens de controlo óptimo que em situações de perda de pacotes empregam formas generalizadas da aplicação de valores de saída. Este estudo culmina com o desenvolvimento de um novo controlador óptimo, bem como a função, entre as funções generalizadas do funcionamento do actuador, que conduz o sistema a um desempenho óptimo. É também apresentada uma linha de investigação diferente, relacionada com a oscilação da saída que ocorre em consequência da utilização de técnicas e algoritmos clássicos de co-desenho de controlo e redes industriais. O algoritmo proposto tem como finalidade permitir que tais algoritmos clássicos possam ser executados sem causar oscilações de saída, oscilações que por sua vez aumentam o valor da função de custo. Tais aumentos da função do custo, podem, em certas circunstâncias, por em causa os benefícios da aplicação das técnicas de co-desenho clássico. Numa outra linha de investigação, foram estudadas formas, mais eficientes que as contemporâneas, de geração de sequências de execuções de tarefas que garantam que pelo menos um dado número de tarefas activadas serão executadas por cada conjunto contíguo composto por um número predefinido de activações. Esta técnica poderá, no futuro, ser aplicada na geração dos padrões de envio de mensagens que ´e empregue na abordagem de utilização eficiente dos recursos de rede acima referida. A técnica proposta de geração de tarefas é melhor que as anteriores no sentido em que a mesma é capaz de escalonar sistemas que não são escalonáveis pelas técnicas clássicas. A tese também apresenta um mecanismo que permite fazer o encaminhamento multi-caminho em redes de sensores sem fios com falhas sem causar a contagem em duplicado. Assim sendo a mesma técnica melhora o desempenho das redes de sensores sem fios, tornando as mesmas mais maleável as necessidades do controlo aum´atico em redes sem fios. Como foi referido acima, a tese foca-se em t´ecnicas de melhoria de desempenho de sistemas de controlo distribu´ıdo em que os v´arios elementos de controlo encontram-se interligados por meio de uma rede industrial que pode estar sujeita a perda de pacotes. As primeiras três abordagens cingemse a este tema, sendo que primeiras duas olham para o problema sob um ponto de vista arquitetural, enquanto que a terceira olha sob um ponto de vista mais teórico. A quarta abordagem garante que outras propostas que podem ser encontradas na literatura e que visam atingir resultados semelhantes aos que se pretendem atingir nesta tese, possam fazˆe-lo sem causar outros problemas que invalidem as soluções em questão. Seguidamente, é apresenta-se uma abordagem ao problema proposto nesta tese que foca-se na geração eficiente de padrões para subsequente utilização nas abordagens acima referidas. E por fim, apresentar-se-a uma técnica de optimização do funcionamento de redes sem fios que promete melhorar o controlo em tais redes
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