Deep learning para a classificação de ruídos transitórios e sinais nos detetores LIGO

In this work, data from the aLIGO detectores collected during the first two aLIGO and AdV observing runs (O1 and O2), in the form of spectrograms, were classified using Deep Learning models based on Convolutional Neural Networks. As well as training models from scratch, pre-trained models were also employed, and their performance compared. Initially, a brief theoretical introduction on gravitational wave detection was performed, focusing on the LIGO detectors. In addition, the foundations of Deep Learning and current best practices for the training of image classification models were also presented. The computational experiments showed that encoding information from different time windows in the different colour channels enhanced the performance of the models and that small architectures were capable of separating the 22 classes present in the Gravity Spy dataset. Moreover, transfer learning was able to accelerate the training process and achieve classifiers with competitive performance. The best models obtained a macro-averaged F1 score of 96.84% (fine-tuned model) and 97.18% (baseline trained from scratch), which are in line with the best results in the literature for the same dataset. In addition, these models were evaluated on real gravitational wave signals from Compact Binary Coalescences from the first two aLIGO and AdV observing runs, and they achieved recalls of 75% and 25%, respectively, while only having been trained with a small number of signals from gravitational wave simulations.Neste trabalho, dados dos detetores aLIGO recolhidos nos dois primeiros períodos de observação de LIGO e Virgo (O1 e O2), na forma de espectrogramas, foram classificados usando modelos de Deep Learning baseados em redes neuronais convolucionais. Além de serem usados modelos treinados do zero, também se testaram modelos pré-treinados, e os resultados foram comparados. Para isso, começou por se fazer uma breve introdução às ondas gravitacionais e sua deteção nos detetores de LIGO. Foram também introduzidos os fundamentos relacionados com algoritmos de Deep Learning e das boas práticas para o treino de modelos para a classificação de imagens. Verificou-se que usar os diferentes canais de cor das imagens para apresentar informação com diferentes janelas temporais melhora os resultados dos modelos e que, além disso, arquiteturas pequenas são capazes de separar eficazmente as 22 classes presentes no dataset Gravity Spy. Adicionalmente, a técnica de transfer learning permite acelerar a fase de treino e obter classificadores com um desempenho competitivo. Os melhores modelos obtiveram um F1-score médio (macro) de 96.84% para o modelo pré-treinado e de 97.18% para o modelo base treinado do zero. Estes resultados estão em linha com os melhores resultados encontrados na literatura para o mesmo dataset. Adicionalmente, os modelos foram testados em sinais reais de ondas gravitacionais de Coalescências Binárias Compactas detetadas por LIGO, obtendo sensibilidades de, respetivamente, 25% e 75%, apesar de terem sido treinados com um número reduzido de sinais provenientes de simulações de ondas gravitacionais.Mestrado em Engenharia Físic

Are cyclones with tropical origin a risk for Portugal?

Tese de mestrado em Ciências Geofísicas (Meteorologia e Oceanografia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021As alterações climáticas e as suas implicações na superfície, na atmosfera e no oceano têm sido alvo de um número crescente de estudos que têm contribuído para a sua melhor compreensão, em particular nas alterações já mensuráveis no clima atual. Neste contexto, a comunidade científica tem vindo a concentrar-se cada vez mais no seu impacto sobre os ciclones que apresentam características tropicais, por serem classificados como sistemas meteorológicos com impactos devastadores e graves consequências a nível social e económico. A atividade ciclónica de origem tropical na região do Atlântico Norte apresenta uma grande variabilidade climática, caracterizada por grandes flutuações interanuais (por exemplo em termos do número de ciclones, apenas 9 ciclones ocorreram em 2014 enquanto em 2020 foram registados mais de 30). A formação destas tempestades está geralmente concentrada numa área, definida entre os 10 ºN e 20 ºN desde a costa oeste de Africa até à América do Norte, que é denominada de ‘Main Development Region’, a este da América do Norte e do Golfo do México. Desde o final do século XX, o nordeste do Atlântico Norte tem vindo a apresentar um aparente aumento de ciclones com características tropicais. O interesse da comunidade científica nestas tempestades deve-se à ideia de que a ocorrência de ciclones tropicais é altamente improvável nas latitudes médias, devido ao ambiente hostil caracterizado por valores relativamente baixos da temperatura da superfície do mar e elevado efeito de corte do vento (wind shear). No entanto, a formação de ciclones subtropicais (com características híbridas entre sistemas tropicais e extratropicais) torna a ocorrência dos ciclones tropicais, nestas latitudes, mais plausível, pois através de um processo denominado por transição tropical, um ciclone subtropical pode transformar-se num sistema com características tropicais. Estes sistemas híbridos formam-se através da ocorrência de instabilidade baroclínica, que compensa a falta de energia de águas quentes necessária para manter sistemas tropicais. Estudos revelam que no nordeste do Atlântico, os ciclones tropicais resultantes da transição tropical ocorrem sobre temperaturas do mar abaixo do tradicional 26.5 ºC, mas em ambientes caraterizados por estabilidade reduzida ou caraterizados pela presença de uma perturbação na alta troposfera. Esta última característica poderia então reduzir a altura da tropopausa e aumentar a taxa de variação da temperatura com a altitude (lapse rate), o que facilita o desenvolvimento de convecção profunda e a ocorrência da transição tropical. Importa então perceber as razões que poderão estar na base desta modificação fundamental do clima da região nordeste do Atlântico Norte, que tem permitido a ocorrência de sistemas híbridos de origem tropical e subtropical. Com base na literatura disponível sobre o assunto, foram identificados três fatores essenciais para a manutenção deste tipo de tempestades: 1) temperatura da superfície do mar, 2) o efeito de corte do vento, medido entre os níveis baixos e os níveis altos da troposfera (wind shear), e 3) a taxa de variação da temperatura (o gradiente adiabático ou ‘lapse rate’) entre a baixa e a média troposfera (1000-500 hPa). Neste trabalho, e numa primeira abordagem, foram analisadas as distribuições espaciais e as alterações a longo prazo destas variáveis, para a estação de tempestades tropicais do Atlântico Norte (que vai desde 1 de junho até 30 de novembro) e também para um período de tempo mais curto, definido entre 1 de setembro e 30 de novembro (período este onde se tem verificado maior incidência deste tipo de tempestades no nordeste do Atlântico). Nesta análise, a temperatura da superfície do mar, as componentes zonal e meridional do vento horizontal aos 850 e aos 200 hPa, e a temperatura do ar aos 1000 e aos 500 hPa foram obtidos da reanálise ‘European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis ERA5’ para o período 1979 - 2019. Esta análise é complementada com informações observacionais da base de dados HURDAT (HURicane DATabase), que consiste numa análise a posteriori de cada ciclone tropical, em cada ponto da sua trajetória, com indicação de variáveis fundamentais para a caracterização destas tempestades, como a localização, a pressão mínima, a rajada máxima, o raio de ação dos ventos ciclónicos, entre outras. Os resultados apontam para uma consistente expansão das áreas de elevadas temperaturas do mar para norte/nordeste. A área de interesse (definida entre os 10º-35 ºW e 30º-50 ºN e denominada no contexto deste trabalho por nordeste do Atlântico) é caracterizada por temperaturas entre os 15-23 ºC, claramente abaixo do limiar típico considerado para génese de ciclones tropicais (26.5 ºC). Quanto ao efeito de corte do vento (gradiente adiabático), as alterações a longo prazo apontam para um aumento (decréscimo) nesta região durante o período de estudo, sendo estas variações mais evidentes no período entre setembro e novembro. Sendo extensamente documentada na literatura a necessidade de valores elevados da temperatura do mar e valores baixos de efeito de corte do vento para a manutenção de sistemas tropicais, a abordagem anterior aponta para efeitos contraditórios destas variáveis ao longo do período de estudo. Para uma análise mais detalhada e aprofundada, foram então estudadas estas três variáveis para cinco casos de estudo, que incluem a Tempestade Vince em 2005, a Tempestade Ophelia em 2017, a Tempestade Leslie em 2018 e as Tempestades Lorenzo e Pablo em 2019. Esta análise mostra que as tempestades que não tiveram uma génese típica das latitudes baixas (tais como Vince e Pablo), formam-se num ambiente de temperaturas do mar relativamente baixas (valores entre os 20º e os 26 ºC), e com wind shear não demasiado intenso (com valores entre os 15 e 25 m/s). Os valores teoricamente insuficientes da temperatura do mar são então compensados por um gradiente adiabático favorável (i.e., com valores próximos dos 6 ºC/km), implicando elevada instabilidade e, por conseguinte, a ocorrência de convecção profunda e libertação de calor latente, necessários para o desenvolvimento e formação de tempestades com características tropicais. Alguns estudos recentes já demonstraram que metade das tempestades tropicais que se desenvolvem no Norte do Atlântico estão localizadas em regiões de forte instabilidade baroclínica, suplementando fluxos de energia entre a superfície e a atmosfera. Com a análise detalhada destes casos de estudo foi então possível definir alguns limiares empíricos para as três variáveis consideradas, permitindo identificar regiões com: i) condições mínimas de SST e máximas de efeito de corte do vento onde é possível a manutenção de ciclones tropicais, fora dos quais o sistema se dissipa ou transita para um sistema extratropical e ii) um intervalo de valores para cada variável no qual um sistema com origem não puramente tropical se pode formar e desenvolver (e eventualmente sofrer uma transição tropical). Estes limiares empíricos são definidos pela primeira vez para a região do Atlântico nordeste próxima da Península Ibérica, e apesar do seu caráter exploratório, apresentam elevado potencial operacional. Desta forma, foram observadas as alterações a longo prazo das distribuições individuais de cada variável (a partir dos seus dados diários), assim como da ocorrência conjunta para cada par de variáveis na região nordeste do Atlântico Norte. Esta abordagem permitiu identificar que no nordeste do Atlântico Norte existe um aumento de casos com coincidência de temperaturas do mar relativamente altas (embora abaixo do limiar tradicional dos 26.5 ºC) e um baixo efeito de corte do vento e/ou gradiente adiabático entre 5 e 6 ºC/km. Quando observamos a sobreposição dos limites definidos/propostos às distribuições combinadas observamos que nos regimes contidos nestes limites, o nordeste do Atlântico Norte é caraterizado por um aumento da frequência em todas as combinações favoráveis, tanto no período junho-novembro como em setembro-novembro (mas com uma maior incidência neste último). Assim, no geral, a génese de ciclones tropicais ‘puros’ continua a ser improvável no Atlântico Nordeste, visto esta região apresentar valores climatológicos ainda afastados dos requisitos mínimos. Todavia, os resultados obtidos mostram que a manutenção destes sistemas até latitudes mais elevadas antes de sofrerem um processo de extra-tropicalização (ou dissipação), assim como a formação e manutenção de sistemas híbridos (que podem vir a transitar para ciclones tropicais), parece cada vez mais plausível, como consequência das tendências de alteração climática. Assim, importa estender o estudo da evolução destas variáveis num contexto de clima futuro, em particular tendo em conta o tipo de análise proposto neste trabalho. No entanto, a relação entre os ciclones tropicais e as alterações climáticas não está totalmente entendida, devido ao facto da formação destes sistemas não ser uma teoria geral, não sendo possível calcular com significância o número de ciclones tropicais que irão ser gerados. Embora tenha havido um grande progresso no problema da formação e intensificação, a sua ligação com alterações no clima não é bem conhecida ainda. Compreender estas ligações no clima presente é então fundamental para melhorar a confiança das projeções futuras.Tropical Cyclones are weather systems well-known for causing considerable damage to both human life and property. As global climate change continues to be an area of concern and significant scientific inquiry, there are many questions on how tropical cyclones frequencies and intensities may be affected by a warming climate. In the North Atlantic, most systems originate and remain near the Caribbean Sea, the Gulf of Mexico and even along the east coast of North America. Only a few actually reach the western and northwestern Europe. Recent research suggests that climate warming causes a poleward and eastward extension of the tropical cyclone genesis area, but it is still uncertain whether these changes, along with the increase of sea surface temperature, are large enough to allow tropical cyclones to reach Europe. Over the last two decades, some significant cases of cyclones with tropical characteristics have occurred in the northeast Atlantic which some impacted western Europe. The interest of the scientific community in these events is due to the idea that tropical cyclones could not in principle develop over these regions. However, an apparent recent increase in their occurrence, as well as in the number of subtropical systems and tropical transitions has brought this topic to discussion. These tropical cyclones that undergo a tropical transition form in environmental conditions distinct from the classical tropical cyclone environment. This work analyzes the spatial and temporal variability of tropical cyclones in the Northern Atlantic basin, with particular emphasis on systems affecting its northeastern sector, from 1979 to 2019. Besides providing a climatology of these systems, relying on reanalysis and observational data, specific parameters that influence the genesis and development of tropical cyclones were analyzed in particular detail, namely: i) the Sea Surface Temperature (SST); ii) Vertical Wind Shear (VWS); iii) and the low to mid- tropospheric Lapse Rate (Γ). The analysis is made comparing two time periods: i) June 1 to November 30 (the North Atlantic Hurricane Season); and ii) September 1 to November 30 (period in which the northeast Atlantic is more propitious to tropical cyclone activity). At the decadal scale, our results show an evident increase in SSTs and a northward expansion of warm oceanic conditions, while seasonal averages of VWS and Γ alone do not point towards a clear increase of favorable conditions for TC development and maintenance at higher latitudes. However, and after analyzing the specific surface and environmental conditions around the center of five storms affecting the area of interest, a set of empirical thresholds for each variable is proposed in order to identify the combined regimes that favors the occurrence of these storms. The analysis of joint distributions of these variables revealed that there is a non-negligible increase in the frequency of these joint events, where the analyzed variables range within the proposed thresholds simultaneously, at daily scales. This analysis supports an increase in the frequency of episodes favoring the formation and maintenance of tropical systems, as well as the occurrence of hybrid/subtropical systems, particularly during the September-November timeframe, which we have shown to be the more favorable season for TC occurrence within the study area. It is important to note that this is a first approach towards the definition of potential thresholds for tropical cyclone formation and maintenance in the northeastern Atlantic. Despite being a preliminary attempt based on five case studies, the obtained results demonstrate its potential for operational use

El espejismo de las dos culturas

El 8 de mayo de 1794, tres meses antes de la caída de Robespierre, Lavoisier fue decapitado. La sentencia se ejecutó tras denegarle el aplazamiento solicitado para terminar unos experimentos que de otro modo quedarían inconclusos. La respuesta que recibió del tribunal de apelación fue sumaria: "La République n'a pas besoin de savants". ¡Que grandiosa estupidez! Desde entonces disponemos de un hermoso símbolo para reflexionar sobre las difíciles relaciones históricas entre las dos repúblicas, la de los sabios y la de los políticos. A patir de esta experiencia, se identifican otros casos, antiguos y modernos, que permiten una reflexión sobre el mito de las dos culturas.Peer reviewe

Should I play or should I go? Individuals’ characteristics and preference for uncertainty

Artigo publicado em revista científica internacionalThis paper presents an incentivized experiment analyzing the role of demographic characteristics in individual decision-making under uncertainty. Reactions to a natural source of uncertainty, payoffs in a TV game show, were measured using Fuzzy-set Qualitative Comparative Analysis (fsQCA), allowing us to identify multiple configurations of causal conditions that are sufficient for individuals to prefer an uncertain payoff to a sure gain, and, thus, lower risk aversion. This paper found evidence of preference for uncertainty, measured as willingness to play for an uncertain payoff, in individuals with characteristics most commonly present in the literature: being male; young; childless; with studies in finance or similar areas. This paper also shows that conditions that would not justify the preference for uncertainty according to the literature (an older individual or having children), when combined with other conditions, change contestants’ behavior regarding preference for uncertainty. Individuals that are both older and single, and individuals that have children combined with education in finance, show an inverse effect on preference for uncertainty.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

FPGA in image processing supported by IOPT-Flow

Image processing is widely used in the most diverse industries. One of the tools widely used to perform image processing is the OpenCV library. Although the implementation of image processing algorithms can be made in software, it is also possible to implement image processing algorithms in hardware. In some cases, the execution time can be smaller than the execution time achieved in software. This work main goal is to evaluate the use of VHDL, DS-Pnets, and IOPT-Flow to develop image processing systems in hardware, in FPGA-based platforms. To enable it, a validation platform was developed. A set of image processing algorithms were specified, during this work, in VHDL and/or in DS-Pnets. These were validated using the IOPT-Flow validation tool and/or the Xilinx ISE Simulator. The automatic VHDL code generator from IOPT-Flow framework was used to translate DS-Pnet models into the implementation code. The FPGA-based implementations were compared with software implementations, supported by the OpenCV library. The created DS-Pnet models were added into a folder of the IOPT-Flow editor, to create an image processing library. It was possible to conclude that the DS-Pnets and their associated tools, IOPT-Flow tools, support the development of image processing systems. These tools, which simplify the development of image processing systems, are available online at http://gres.uninova.pt/iopt-flow/

Vitaljacket : actigrafia e localização

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesAs novas tecnologias estão cada vez mais inseridas na vida quotidiana do Homem. Actualmente é possível “vesti-las” como que de uma peça de roupa se tratasse justificando a denominação de tecnologias vestíveis. Estas tecnologias são utilizadas com as mais diversas finalidades que vão desde o lazer, à saúde e à segurança. O VitalJacket® é um exemplo de tecnologia têxtil e electrónica que permite a monitorização de sinais vitais do seu utilizador. Este produto foi desenvolvido na Universidade de Aveiro e tem vindo a ser usado em diversos trabalhos académicos. No caso da presente tese, foi explorada a possibilidade de vir a incorporar na sua tecnologia vestível a actigrafia e a localização "indoor". Desta forma, é apresentado numa primeira parte desta tese um sistema e um algoritmo que permitem a classificação actigráfica relativamente aos movimentos de “andar”, “correr”, “saltar” e “cair”. É descrito o hardware utilizado e as análises efectuadas aos movimentos para o desenvolvimento do algoritmo. No final é apresentado um teste para averiguar a sensibilidade e especificidade do mesmo. Na segunda parte é efectuado o estudo de um sistema sem fios que possibilite a monitorização e localização de pessoas em ambientes interiores. Este baseia-se no protocolo ZigBee e mostra-se uma solução para a monitorização sem fios e localização de pessoas em ambientes interiores, passível de ser integrado com o sistema de actigrafia e o VitalJacket®. ABSTRACT: New technologies are more and more present in everyday life of Man. Nowadays it is possible to wear them as a piece of clothing justifying the name of wearable technology. These technologies are used for many different purposes such as leisure, health and safety. VitalJacket® is an example of textile and electronics technology that allows monitoring the vital signs of the user. This product was developed at University of Aveiro and has been used in several academic works. In this thesis, is explored the possibility to incorporate into its wearable technology actigraphy and indoor location. Then is presented in the first part of this thesis a system and an algorithm that allows the actigraphic classification for "walk", "run", "jump" and "fall" movements. It’s described the hardware and the movement analyzes for the development of the algorithm. At the end it’s presented a test to determine its sensitivity and specificity. In the second part it’s made the study of a wireless system that allows monitoring and locating people in indoor environments. This is based on ZigBee protocol and shows a solution for wireless monitoring and indoors people locating, which can be integrated with the actigraphy system and VitalJacket®

Mimetismo colonial e reprodução animal: carneiros caracul no Sudoeste angolano

Este texto explora a relação entre reprodução de colonos portugueses e reprodução de carneiros caracul no Sul de Angola. Segue-se a pista dos caraculos, desde o Sudoeste Africano sob ocupação alemã até ao deserto de Moçâmedes, usando-se o conceito de mimese para dar conta de práticas coloniais do Terceiro Império. O Posto Experimental do Caracul (PEC), fundado em 1948, serve como local de prova de tais práticas, combinando num mesmo espaço experiências de inseminação artificial de carneiros com outras mais inesperadas de sociabilidade colonial, como a organização de um “bairro indígena”, a reproduzir por toda a região, que imitava uma onganda de kuvales, bem como uma casa-modelo de colono. A apropriação por Gilberto Freyre do caracul como corporização do luso-tropicalismo contribui para fazer deste carneiro um objeto de investigação privilegiado para pensar a natureza do colonialismo português.This text explores the connected reproduction stories of Portuguese settlers and karakul sheep in Southwest Angola. It follows the karakul trail from South West Africa (SWA) under German occupation into the desert of ­Moçâmedes, making use of mimesis as a concept to understand colonial practices in the Third Portuguese Empire. The Karakul Experiment Station (Posto Experimental do Caracul) founded in 1948 is taken as a site for testing such practices through its combination of experiments on sheep artificial insemination as well as on colonial sociabilities. The layout of the Station, with laboratories side by side with an “indigenous village” that replicated a Kuvale onganda, was the first materialization of the new colonial society to emerge out of karakul production. The appropriation by Gilberto Freyre of karakul as embodiment of luso-tropicalism makes these sheep good things to think with in inquires on the nature of Portuguese colonialism

A Praça do Mar de Sines: espaço público gerado pelos seus limites

A presente dissertação propõe uma revisão e reflexão críticas ao exercício de projeto entregue no “Concurso Prémio Universidades Trienal de Lisboa Millennium BCP”, fundamentadas no estudo e análise dos limites do espaço público na relação física, visual e metafórica com a sua envolvente. Neste contexto, o ritmo de crescimento desapropriado e desequilibrado entre o núcleo urbano de Sines e o seu complexo industrial e portuário originaram a separação entre a cidade e a sua frente mar, um “virar as costas” ao meio que, desde a sua origem, foi o seu principal recurso de fomentação. Esta dessincronização provocou um conflito entre sistemas (urbano, natural e industrial), motivando a rutura e parcialização do território sineense. A falta de integridade provocou o aparecimento de espaços obsoletos e expetantes, lugares que, aparentemente esquecidos, provocam desordem sobre a paisagem, assim como incapacidade de atração da mesma. Desta forma, a resposta à problemática da investigação desenvolvida é apresentada com base em novas abordagens e perspetivas que integram e evidenciam os limites na definição de um determinado lugar, de uma cultura e das ações a desenvolver; ABSTRACT: The following thesis suggests a revision and critical reflexion over the undertanking exercise delivered in the “Concurso Prémio Universidades Trienal de Lisboa Millennium BCP”, based in the study and analysis of the public spaces limits in the physical, visual and metaphorical link with its surroundings. In this context, the unappropriated and uneven flow of growth between the urban core of Sines and its industrial complex comprising the harbour created the separation between the city and its ocean front, an authentic “back out” to the surroundings, responsible for its first resource of fomentation since the dawn of times. This desynchronization creates a conflict between systems (urban, natural and industrial), motivating the rupture and fragmentation of Sines’ territory. The lack of integrity caused the appearance of obsolete and expectant spaces, places that, apparently forgotten, generate chaos over the landscape as well as the inability to lure and create appealing factors. Thus, the answer to the problematic of the developed investigation is provided based in new approaches and perspectives that integrate and highlight the limits in the definition of a certain place, a certain culture and the actions to develop