Irrigation planning system for agricultural soils

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresO objetivo principal desta dissertação é o desenvolvimento de um sistema de planeamento de regas para a agricultura. Este projeto dá seguimento ao algoritmo desenvolvido em [1], capaz de criar um plano de rega de acordo com informações relativas ao solo, colheita, tipo de irrigação, humidade do solo e a previsão meteorológica de uma determinada localização. O sistema desenvolvido é composto por uma aplicação web e uma rede de dispositivos eletrónicos no campo. O sistema efetua todo o trabalho necessário, desde a aquisição de dados relativos à humidade do solo até à exibição dos planos de rega ao agricultor. A aplicação web utiliza a stack tecnológica MERN para fornecer uma interface ao utilizador, onde é possível gerir os pontos de rega e campos agrícolas, observar previsões meteorológicas e visualizar e obter atualizações relativas aos planos de rega, assim como alertar o agricultor através de noti ficações push quando condições alarmantes se verificam. Para além da interface com o utilizador, esta também obtém informações meteorológicas, executa o algoritmo de planeamento e agrega os dados de humidade do solo recolhidos pela rede de pontos de rega, através de um servidor CoAP. A rede de dispositivos eletrónicos no campo está encarregue de recolher informação relativa à humidade do solo e enviá-la para o servidor de hora a hora, recorrendo a diferentes tecnologias de forma a proporcionar uma solução flexível de baixo custo, com duas possibilidades de configuração, standalone e WSN, adequadas para diferentes cenários. A comunicação entre os dispositivos no campo e o servidor é baseada no protocolo CoAP. A configuração standalone é constituída por uma PCB, que combina um microntrolador low power com um circuito de energy harvesting. A esta, são conectados um painel solar, um conversor step-up, uma bateria Li-Po e um módulo de comunicações móveis (capaz de utilizar as tecnologias móveis GPRS/UMTS e NB-IoT), assim como até seis sensores de humidade do solo. A configuração WSN recorre à mesma PCB que a configuração standalone, utilizando um trans ceiver LoRa em vez do módulo de comunicações móveis. Esta comunica através da camada física LoRa com um edge device baseado na plataforma Raspberry Pi, que encaminha os pacotes rece bidos pela rede LoRa através do protocolo CoAP para o servidor. A rede LoRa desenvolvida é capaz de enviar mensagens downlink diárias e um data-rate adaptativo, que controla o link budget através do spreading factor e da potência de transmissão, recebendo pacotes recorrendo a um esquema adaptativo de seleção do spreading factor (ASFS) [2].The main objective of this dissertation is the development of an irrigation planning system for agri culture. This work builds upon the algorithm developed in [1], capable of creating an irrigation plan according to soil, crop, irrigation, soil moisture and weather forecast of a given location. The developed system is composed by a web application and a network of field electronic devices. The system does all the necessary work, from the retrieval of the soil moisture data to the display of irrigation prescription plans to the farmer. The web application resorts to the MERN technological stack to provide an interface to the farmer, where irrigation points and crop fields can be managed, forecasts observed and the irrigation plans can be retrieved and updated, while also alerting the farmer through push notifications when danger ous conditions are verified. Besides the interface with the farmer, it also gathers weather information, performs the irrigation planning and retrieves soil moisture data from the irrigation points through a CoAP server. The network of electronic devices is in charge of retrieving soil moisture information and sending it to the server on an hourly basis, using different technologies to provide a flexible low-cost solution with two different configurations, standalone and WSN, suitable to many different scenarios. The communication between field devices and the server is based on CoAP protocol. The standalone configuration consists of a PCB, where a low power microcontroller is paired with an energy harvesting circuit. To it, a solar panel, a step-up converter, Li-Po battery and a cellular communication module (capable of connectivity with both GPRS/UMTS and NB-IoT technologies) are connected, along with up to six soil moisture sensors. The WSN configuration makes use of the same PCB as the standalone configuration, using a LoRa transceiver instead. It communicates through the LoRa physical layer to an edge device based on the Raspberry Pi platform, which forwards the packets received from the LoRa network through CoAP to the web server. The LoRa network developed is capable of daily downlink messages and adaptive data-rate, where the link budget is controlled through the spreading factor and the transmission power, receiving packets through an adaptive spreading factor selection (ASFS) scheme [2].Firstly, I would like to show my gratitude to my advisors for their guidance and support during this project, and in particular to Professor Doctor Sérgio Lopes for the insightful discussions and dedication over the course of this work. I also would like to thank everyone involved in the research project 02/SAICT/2017-28247-FCT-TO-CHAIR, that supported the work developed in this dissertation

Healthcare systems protection: All-in-one cybersecurity approach

Cyber risks are increasingly widespread as healthcare organizations play a defining role in society. Several studies have revealed an increase in cybersecurity threats in the industry, which should concern us all. When it comes to cybersecurity, the consequences can be felt throughout the organization, from the smallest processes to the overall ability of the organization to function. Typically, a cyberattack results in the disclosure of confidential information that undermines your competitive advantage and overall trust. Healthcare as a critical sector has, like many other sectors, a late bet on its transformation to cybersecurity across the board. This dissertation reinforces this need by presenting a value-added solution that helps strengthen the internal processes of healthcare units, enabling their primary mission of saving lives while ensuring the confidentiality and security of patient and institutional data. The solution is presented as a technological composite that translates into a methodology and innovative artifact for integration, monitoring, and security of critical medical infrastructures based on operational use cases. The approach that involves people, processes, and technology is based on a model that foresees the evaluation of potential assets for integration and monitoring, as well as leveraging the efficiency in responding to security incidents with the formal development of a process and mechanisms for alert and resolution of exposure and attack scenarios. On a technical level, the artifact relies on the integration of a medical image archiving system (PACS) into a SIEM to validate application logs that are linked to rules to map anomalous behaviors that trigger the incident management process on an IHS platform with custom-developed features. The choice for integration in the validation prototype of the PACS system is based not only on its importance in the orchestration of activities in the organization of a health institution, but also with the recent recommendations of various cybersecurity agencies and organizations for the importance of their protection in response to the latest trends in cyberattacks. In line with the results obtained, this approach will have full applicability in a real operational context, following the latest practices and technologies in the sector.Os riscos cibernéticos estão cada vez mais difundidos à medida que as organizações de cuidados de saúde desempenham um papel determinante na sociedade. Vários estudos revelaram um aumento das ameaças de cibersegurança no setor, o que nos deve preocupar a todos. Quando se trata de cibersegurança, as consequências podem ser sentidas em toda a organização, desde os mais pequenos processos até à sua capacidade global de funcionamento. Normalmente, um ciberataque resulta na divulgação de informações confidenciais que colocam em causa a sua vantagem competitiva e a confiança geral. O healthcare como setor crítico apresenta, como muitos outros setores, uma aposta tardia na sua transformação para a cibersegurança de forma generalizada. Esta dissertação reforça esta necessidade apresentando uma solução de valor acrescentado que ajuda a potenciar os processos internos das unidades de saúde possibilitando a sua missão principal de salvar vidas, aumentando a garantia de confidencialidade e segurança dos dados dos pacientes e instituições. A solução apresenta-se como um compósito tecnológico que se traduz numa metodologia e artefacto de inovação para integração, monitorização e segurança de infraestruturas médicas críticas baseado em use cases de operação. A abordagem que envolve pessoas, processos e tecnologia assenta num modelo que prevê a avaliação de potenciais ativos para integração e monitorização, como conta alavancar a eficiência na resposta a incidentes de segurança com o desenvolvimento formal de um processo e mecanismos para alerta e resolução de cenários de exposição e ataque. O artefacto, a nível tecnológico, conta com a integração do sistema de arquivo de imagem médica (PACS) num SIEM para validação de logs aplicacionais que estão associados a regras que mapeiam comportamentos anómalos que originam o despoletar do processo de gestão de incidentes numa plataforma IHS com funcionalidades desenvolvidas à medida. A escolha para integração no protótipo de validação do sistema PACS tem por base não só a sua importância na orquestração de atividades na orgânica duma instituição de saúde, mas também com as recentes recomendações de várias agências e organizações de cibersegurança para a importância da sua proteção em resposta às últimas tendências de ciberataques. Em linha com os resultados auscultados, esta abordagem terá total aplicabilidade em contexto real de operação, seguindo as mais recentes práticas e tecnologias no sector

Media sharing in an open network of place-based displays

In this study, we aim to uncover emerging media practices for open place-based displays and understand how people appropriate the opportunities created by this new medium. Based on usage data from 43 displays, we study the role played by different publication paradigms, more specifically subscription of pre-defined content channels, integration of arbitrary content sources from social media and direct media creation. The results suggest that these different publication paradigms can all play an important role in an open model for public displays and that they complement each other in a very flexible way. This seems to confirm that openness can represent an important step towards more effective and more relevant uses of large screen displaysProject 11304 (16/SI/2015) , supported by Norte Portugal Regional Operational Programme (NORTE 2020), under the PORTUGAL 2020 Partnership Agreement, through the European Regional Development Fund (ERDF)info:eu-repo/semantics/publishedVersio

On the quantum simulation of complex networks

Quantum walks provide a natural framework to approach graph problems with quantum computers, exhibiting speedups over their classical counterparts for tasks such as the search for marked nodes or the prediction of missing links. Continuous-time quantum walk algorithms assume that we can simulate the dynamics of quantum systems where the Hamiltonian is given by the adjacency matrix of the graph. It is known that such can be simulated efficiently if the underlying graph is row-sparse and efficiently row-computable. While this is sufficient for many applications, it limits the applicability for this class of algorithms to study real world complex networks, which, among other properties, are characterized by the existence of a few densely connected nodes, called hubs. In other words, complex networks are typically not row-sparse, even though the average connectivity over all nodes can be very small. In this work, we extend the state-of-the-art results on quantum simulation to graphs that contain a small number of hubs, but that are otherwise sparse. Hopefully, our results may lead to new applications of quantum computing to network science.Comment: 22 pages, 1 figure, 1 tabl

Exploração da perceção cognitiva de tarefas de treino em futebol: Estudo baseado num questionário e comparação com uma ferramenta para avaliar e comparar as exigências cognitivas em jogos reduzidos

Cognitive function is crucial in competitive performance environments due to the type of tasks and workload involved. Thus, the present study aimed to investigate coaches’ cognitive perception of football training tasks, through the use of a questionnaire and compare the results with a framework tool to assess cognitive demands in small-sided games. A total of 57 football coaches (national and regional levels) filled out a questionnaire to rate the perceived cognitive demands of twelve different small-sided game situations. The answers were made by each coach from a set of alternatives supplied by the authors using a 10-point Likert use scale. The cognitive load during small-sided games was calculated using an equation that included the number of players involved in the task, the surface area occupied by each player, and the duration of the exercise. The questionnaire results have shown that national-level coaches presented higher correlation results showing a high agreement between coaches' perception and the cognitive load results when compared to regional-level coaches. The relationship established between all variables showed that the complexity of tasks increases using formats with a larger number of players, small areas, and bigger duration drills. Thus, the cognitive load framework may be a useful and simple tool to coaches assess the cognitive demands during training sessions.La función cognitiva es crucial en entornos de rendimiento competitivo debido al tipo de tareas y carga de trabajo involucradas. Sin embargo, aún se necesita determinar cómo toda la información ambiental en un entorno competitivo afecta la carga cognitiva. Por lo tanto, el objetivo fue investigar la percepción cognitiva de los entrenadores sobre las tareas de entrenamiento de fútbol, mediante el uso de un cuestionario y comparar los resultados con una herramienta de marco para evaluar las demandas cognitivas en juegos reducidos. Un total de 57 entrenadores de fútbol (a nivel nacional y regional) completaron un cuestionario para calificar las demandas cognitivas percibidas de doce situaciones diferentes de juegos en espacios reducidos. Las respuestas fueron hechas por cada entrenador a partir de un conjunto de alternativas proporcionadas por los autores utilizando una escala de uso de Likert de 10 puntos. La carga cognitiva durante los juegos reducidos se calculó mediante una ecuación que incluía el número de jugadores implicados en la tarea, la superficie ocupada por cada jugador y la duración del ejercicio. Los resultados del cuestionario mostraron que los entrenadores de nivel nacional presentaron resultados de correlación más altos, mostrando una alta concordancia entre la percepción de los entrenadores y los resultados de la carga cognitiva en comparación con los entrenadores de nivel regional. La relación establecida entre todas las variables mostró que la complejidad de las tareas aumenta utilizando formatos con mayor número de jugadores, áreas pequeñas y ejercicios de mayor duración. Por lo tanto, el marco de carga cognitiva puede ser una herramienta útil y sencilla para que los entrenadores evalúen las demandas cognitivas durante las sesiones de entrenamiento.A função cognitiva é crucial em ambientes de desempenho competitivo devido ao tipo de tarefas e carga de trabalho envolvidas. No entanto, ainda precisa ser determinado como todas as informações ambientais em em contexto competitivo afetam a carga cognitiva. Assim, o objetivo deste estudo  foi investigar a perceção cognitiva de treinadores sobre tarefas de treino de futebol, através de um questionário e comparando os resultados com um instrumento para avaliar as exigências cognitivas durante jogos reduzidos. Um total de 57 treinadores de futebol (nível nacional e regional) preencheram um questionário para avaliar as exigências cognitivas de doze situações diferentes jogos-reduzido. As respostas foram dadas por cada treinador a partir de um conjunto de alternativas fornecidas pelos autores utilizando uma escala de Likert de 10 pontos. A carga cognitiva durante pequenos jogos foi calculada através de uma equação que incluía o número de jogadores envolvidos na tarefa, a área de superfície ocupada por cada jogador e a duração do exercício. Os resultados do questionário mostraram que os treinadores de nível nacional apresentaram resultados de correlação mais elevados, mostrando uma alta concordância entre a perceção dos treinadores e os resultados de carga cognitiva em comparação com os treinadores de nível regional. A relação estabelecida entre todas as variáveis mostrou que a complexidade das tarefas aumenta utilizando formatos com maior número de jogadores, áreas pequenas e exercícios de maior duração. Portanto, esta ferramenta para avaliar a carga cognitiva pode ser uma forma útil e simples para os treinadores avaliarem as exigências cognitivas durante as sessões de treino

Effects of manipulating the number of targets in U9, U11, U15 and U17 futsal players’ tactical behaviour

This study identified how the manipulation in the number of goal targets affects the tactical behaviour of players from different age groups (U9, U11, U15 and U17). Forty youth futsal players performed two small-sided games based on Gk + 4vs4 + Gk situation with one regular and two small targets. TACTO software was used to capture players and ball displacements. The following variables were computed and presented as absolute values, coefficient of variation and regularity (approximate entropy): (i) distance from each player to the team centre (DtC); (ii) distance from each player to the ball (DtB); (iii) distance between team centres (DbTC); and (iv) distance from team centre to the ball (DCtB). The team dispersion increased with two goal targets (mainly the DbTC, U9 and U17, large effects; U11 and U15, very large effects). Also, the use of two goal targets condition increased the variability in the DbTC (U9, small effects; U11 and U15 moderate effects; U17, very large effects) and DCtB (U9 and U17 moderate effects and U11 and U15 small effects). Overall, the approximate entropy values showed higher regularity in the condition with two targets. All age groups were sensitive to the manipulation of goal targets, however, the U9 were the most sensitive to the changes, as seen by the dispersion of players in the field. Thus, coaches can use one target to promote movement irregularity of players and two targets to increase the team dispersion, mainly in younger age groups that tend to be agglomerated around the ball.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Effects of structural factors on upwelling fouling community, Southeast Brazil

To assess the successional pattern of fouling organisms three hypotheses were tested: 1) a thermocline is caused by seasonal upwelling events, and therefore, depth influences the successional trajectory of the fouling community; 2) a reduction in the intensity of natural light of the substrate influences the fouling composition and the successional trajectory; 3) fish predation influences the community composition and its successional trajectory. During one year, up-facing and down-facing PVC panels on open, partially caged or fully caged, and placed at depths of 1.5 and 3.5 meters were monthly sampled by digital photograph to determine the community composition and by contact point to estimate the percent coverage of organisms. The upwelling impact provided different water masses, and light intensity was also a determining factor of the overall successional trajectory of the fouling community. After the installation of full and partial cages, differences were identified in the respective successional trajectories. The results of this study suggest that each physical factor or biological process can change the successional trajectory of the community, and the successional model (e.g., convergent, divergent, parallel, or cyclic) depends on the magnitudes of the determinants that act on the community at each stage of its trajectory.Para avaliar o padrão sucessional de organismos incrustantes, três hipóteses foram testadas: 1) uma termoclina é causada por eventos de ressurgência e, portanto, a profundidade influencia na trajetória sucessional da comunidade incrustante; 2) a redução na intensidade de luz natural no substrato influencia a composição da comunidade e a trajetória sucessional; 3) a predação por peixes influencia a composição da comunidade e sua trajetória sucessional. Durante um ano, faces inferiores e superiores de painéis de PVC em gaiolas abertas, parcial e totalmente fechadas em profundidades de 1,5 e 3,5 metros foram amostradas mensalmente por fotografia digital para determinar a composição da comunidade por ponto-contato e estimar a porcentagem de cobertura dos organismos. Diferentes massas de água resultantes da ressurgência e diferentes intensidades de luz foram fatores determinantes na trajetória sucessional da comunidade. Após a instalação de gaiolas parcial e totalmente fechadas, foram identificadas diferenças nas respectivas trajetórias. O resultado deste estudo sugere que cada fator físico ou processo biológico pode alterar a trajetória de desenvolvimento de uma comunidade, e o modelo sucessional (ex. convergente, divergente, paralelo ou cíclico) depende da magnitude dos fatores determinantes que atuam em cada etapa de sua trajetória