DENG - Teses de Doutoramento

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    Atribuição em Advanced Persistent Threats (APT) – proposta de uma extensão à framework mictic
    2023-11-24 - Brandão, Pedro Ramos; São Mamede, Henrique; Correia, Miguel Pupo
    O presente trabalho consiste na investigação sobre o processo de Atribuição das Advanced Persistent Threats. Especificamente, trata-se do desenvolvimento da Framework MICTIC, da criação de uma extensão desta Framework e da validação de ambas. O trabalho constitui-se pela apresentação de um contexto do problema, depois apresenta a metodologia de investigação, é apresentada a revisão sistemática da literatura, onde são analisadas pormenorizadamente documentos relacionados com o objeto de estudo, demonstra-se o que é uma APT, fazendo uma análise descritiva deste tipo de ameaça, depois procede-se ao desenvolvimento da Framework MICTIC, criando uma extensão para a mesma através de duas novas camadas. Depois do trabalho de desenvolvimento da Framework e sua extensão submete-se a mesma à análise através de um inquérito anónimo, dirigido a uma população onde, praticamente, todos são doutorados na área das ciências informáticas e ciências da informação. Contudo, antes de este inquérito ter sido submetido aos inquiridos, foi feito um pré-teste a fim de validar a qualidade técnica e científica das questões do inquérito de validação da Framework. Resultou do inquérito de pré-teste a validação a 100% das questões. A Framework MICTIC e sua extensão foram plenamente validadas pelo inquérito, após a análise pormenorizada dos resultados. Por fim retiraram-se as respetivas conclusões, de onde se sintetiza o facto de se concluir que a Framework e sua extensão são um mecanismo que ajuda e facilita a Atribuição de APT.
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    Estimulação e sensorização da interface de implantes ósseos ativos instrumentados
    2023-07-28 - Silva, Nuno Miguel dos Santos Pinto da; Santos, Raul Manuel Pereira Morais dos; Ferreira, Jorge Augusto Fernandes; Ferreira, Paulo Jorge dos Santos Gonçalves
    Muito embora as artroplastias devolvam a mobilidade a muitas pessoas, existe ainda uma quantidade de casos, não desprezável, de insucessos, muitos deles resultantes de descolamentos assépticos. A deteção precoce, através de implantes instrumentados, poderá ser o primeiro passo para uma possível reversão do processo. O recobrimento de implantes com estruturas capacitivas em co-superfície tem vindo a prometer, com base nos últimos ensaios preliminares, uma possível solução dupla, ao permitir traduzir o descolamento numa variação de capacidade elétrica e, simultaneamente, constituir-se como um elemento indutor da re-fixação entre a prótese e o osso, através da produção de campos elétricos que a favorecem. Neste trabalho, é apresentada uma proposta de um sistema de monitorização do descolamento, envolvendo condensadores em co-superfície, depositados na superfície exterior da prótese que, em contacto firme com células ´osseas, apresentam um valor de capacidade elétrica por defeito, que apresenta potencial para ser uma possível solução . Enquanto elementos sensores, e em condição de boa fixação , o valor da capacidade varia dentro de uma janela de valores fento-métricos, desviando-se gradualmente dessa média ap´os o início de um processo de descolamento. A segunda função da estrutura capacitiva acrescenta um avanço de inovação já que, aplicando um sinal elétrico aos condensadores permitirá a criação de campos elétricos na proximidade das células ósseas, promovendo a sua proliferação , diferenciação e mineralização , ajudando no processo de re-fixação entre a prótese e o osso, podendo ser um caminho para a reversão do processo de descolamento. Com base nos resultados preliminares obtidos, a implementação do sistema de sensorização permitiu concluir quanto ao potencial do sistema na deteção de variações mínimas de capacidade, compatíveis com a deteção de descolamento. O sistema foi inicialmente desenhado para interagir com uma matriz de 8 x 8 elementos capacitivos mas os primeiros resultados mostraram fenómenos de cross-talk e de injeção de carga nessa estrutura em matriz o que obrigou à implementação de uma outra configuração que permitiu eliminar a interdependência nos elementos capacitivos e assim obter resultados satisfatórios em termos de identificação do elemento em teste. Apesar dos constrangimentos impostos pela pandemia COVID-19, que atingiram significativamente o período de execução deste trabalho, e que condicionaram significativamente a disponibilidade de circuitos integrados dedicados, este trabalho permitiu concluir sobre a viabilidade de soluções baseadas em condensadores em co-superfície, quer para a deteção de descolamento, quer para a excitação de células ósseas na fronteira com uma prótese através de campos elétricos. Mesmo recorrendo a circuitos eletrónicos não miniaturizados, os ensaios em laboratório permitiram, também, antever a possibilidade de se evoluir rapidamente para soluções em microeletrónica com consumos de energia compatíveis com soluções de energy harvesting no interior do implante.
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    Crowd-Computing Hybrids in Scientific Discovery
    2023-07-21 - Correia, António José Guilherme; Fonseca, José Benjamim Ribeiro da; Jameel, Mohammad Shoaib; Grover, Andrea Kathleen
    Researchers are nowadays overwhelmed by a plethora of published insights and findings from a rapidly increasing number of scientific communications on peerreviewed venues. As a result, real-time long-term analysis of publication records is challenging scientific institutions, universities, research teams and individual researchers, funding bodies, among many other science stakeholders worldwide due to the inherent difficulty of recognizing and filtering patterns, trends, and particular aspects of scientific and technological activities at high levels of granularity and accuracy. This is partly owing to the inaccuracies found in heterogeneous data sources when handled fully automatically, and also due to the fact that human cognition is limited in the scope of scientific information it can process when the main objective is to analyze the evolution of a scientific domain or discipline to make informed decisions or groundbreaking discoveries. For example, situations where a single term is used in multiple ways within a field, a phenomenon known as “polysemy”, can make it extremely difficult to accurately analyze and interpret data, leading to ambiguity and confusion. The deficiencies and problems found in current systems can be also extended to multi-source relational data fusion, entity name disambiguation, topic modelling, network sparsity, and measurement of scientific impact. This thesis explores the role and perceived value of crowdsourcing as a means of leveraging literature-based scientific discovery tasks in the data representation space. Through a design science research (DSR) methodological lens, this work contributes a novel perspective on the interplay between algorithmic and crowdbased processing in scientific settings using a model-driven approach embodied in the architecture of SciCrowd, a socio-technical artifact designed to support large-scale scientometric analysis. As per the different problems identified in the first stage of the DSR process, this thesis investigates the attitudes, concerns, and behavioral intention towards the use of a hybrid intelligent system of this nature within the crowdsourcing research community based on the basic constructs of a revised version of the unified theory of acceptance and use of technology (UTAUT). The high-level perspective on hybrid intelligence and crowd-machine interaction discussed in this thesis has been informed by a literature review and the author’s own experiences drawn from multiple scientometric studies. As a result, a conceptual framework grounded on the foundational aspects of humanartificial intelligence (AI) is further expanded taking into account the intertwined technological and human processes shaped by scientific work practices, norms and perspectives that encompass and overcome institutional and disciplinary boundaries. Findings from a series of experimental studies involving author name disambiguation help explain the potential use of crowdsourcing in the preprocessing stage of a scientometric study. In sum, this research seeks to assist in bridging the gap between theory, experiment, systems design and the current scientific discovery practices embedded in scientometric workflows through a set of actionable insights and general implications for designing hybrid algorithmic-crowdsourcing knowledge bases.
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    Planeamento de rotas com algoritmos bioinspirados
    2023-07-17 - Pereira, Silvia de Castro; Pires, Eduardo José Solteiro; Oliveira, José Paulo Barroso de Moura
    A modelização de problemas de otimização com obtenção de resultados em tempo útil tem despertado cada vez mais interesse nos investigadores da comunidade científica da sociedade atual. Recentemente, muitas têm sido as publicações neste domínio, tendo já sido criadas inúmeras metodologias que permitem obter bons resultados ou, simplesmente, aproximar-se deles. Nesta tese é realizado o planeamento de rotas testando o desempenho de várias metodologias híbridas construídas a partir da combinação de meta-heurísticas com bioinspiração e de algoritmos de pesquisa local, fazendo uso do problema do caixeiro viajante na sua variante de múltiplos caixeiros e um só armazém. Este estudo começou por tentar encontrar uma metodologia híbrida, com a utilização do algoritmo genético, do algoritmo ACO (Ant Colony Optimization) e do 2-opt, e que permitisse concretizar como principal objetivo a libertação de recursos (caixeiros viajantes), realizando as mesmas tarefas, ou seja, visitando todas as cidades que fazem parte do problema em causa. Foi possível ainda, para além deste libertar de recursos, chegar a percorrer distâncias mais pequenas do que as conhecidas atualmente na literatura. Numa outra vertente, a segunda metodologia híbrida criada pretendeu testar a capacidade de resolução do mesmo problema, desta feita combinando o algoritmo genético, um algoritmo de abelhas (Artificial Bee Colony) e o uso de algoritmos de pesquisa local, tentando obter trajetos percorridos de menor distância, mas usando todos os recursos `a disposição. Também aqui foi possível obter resultados melhores do que os conhecidos na literatura. No entanto, o desenvolvimento das duas soluções híbridas enunciadas permitiu apontar para soluções claramente não balanceadas, pelo que, e como trabalho final, se perfilou um ´ultimo desafio: o de construir uma solução que tentasse elaborar rotas balanceadas para cada um dos caixeiros viajantes, não tendo portanto de sobrecarregar o trabalho de uns e libertar o trabalho de outros. Para tal foi desenvolvido uma solução baseada apenas no algoritmo ACO, com a implementação de uma inovação, o algoritmo de piquete de formigas (picket ant algorithm). baseada apenas no algoritmo ACO, com a implementação de uma inovação, o algoritmo de piquete de formigas (picket ant algorithm).
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    Influence of adaptability of Serious Games on learning outcomes and the application of knowledge and skills in professional training
    2023-07-04 - Pistono, Alvaro Marcos Antonio de Araujo; Santos, Arnaldo Manuel Pinto; Baptista, Ricardo José Vieira
    Serious Games have been studied in various fields and contexts, including academic education and professional training. While Serious Games have been utilised in professional training for over two decades, there is a need for more evidence-based approaches to assessing their effectiveness in promoting learning. Thus, this investigation aims to address the efficiency of utilising Serious Games in professional training through e-learning, with the primary motivation of improving the teachinglearning process through the use of adaptive Serious Games. Using the Design Science Research – DSR methodology, a Framework for Adaptive Serious Games – F4ASG has been developed to adapt its elements to achieve desired learning and engagement outcomes. This framework draws from the literature, expert and user experiences of Serious Games in professional training, treating learning outcomes and forms of adaptation as essential characteristics for developing or evaluating Serious Games. The adaptation in the F4ASG aims to direct learners towards better learning outcomes and increased engagement. The investigation began with a systematic literature review to answer research questions and analyse existing frameworks of Serious Games. The theoretical basis formed the initial proposal of the framework, which was evaluated through triangulation with focus groups and expert interviews, resulting in its second version. The second version of the framework was used to develop and evaluate a Serious Game, providing new insights and application suggestions. The developed Serious Game was utilised in an experiment, providing a third evaluation of the framework. The experimental evaluation and application suggestions were incorporated into the F4ASG, resulting in its third and final version. Overall, this investigation contributes to developing evidence-based approaches for the effective use of Serious Games in professional training. The F4ASG provides a guide for developing and evaluating Serious Games that adapt to promote desirable learning and engagement outcomes.
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    Trust in Computing: trust as a facilitator on the uptake (or appropriation) of technology
    2023-07-21 - Sousa, Sónia Cláudia da Costa; Martins, Paulo Nogueira; Cravino, José Paulo
    This doctoral study builds upon three main areas of expertise: (1) Human-Computer Interaction (HCI), (2) design theory and methodology, and (3) user research. The main idea behind this investigation is to address the increased discourse to find ways to promote trustworthiness in a system (i.e., decentralized and distributed systems) to unlock its full potential and ensure its uptake (or appropriation) without fear. This investigation mainly contributes to understanding how users’ trust in technology is addressed in HCI. It also recognizes that trust in computing’s complex nature makes it challenging to incorporate users’ trust characteristics and, therefore, focuses on finding ways for non-experts to implement and operationalize trust requirements from an HCI perspective, helping to facilitate the process of identifying and eliciting potential users’ trust negative e↵ects of trust-breaking behaviors. Results reported following reflective design practices and context-aware design methods to assist non-experts in measuring, designing, and evaluating users’ trust experiences. This research proposal has four main highlights. Firstly, it provides a preliminary understanding of the users’ trust in technology topics and further insights into current thoughts, practices, and research gaps. Then, it assesses the e↵ectiveness of a psychometric scale as lenses to map potential technological trust breakdowns and concerns. Thirdly, it follows a user-centered design strategy to design and develop a Web-based testing system (TrustedUX) to facilitate non-experts to assess what aspects of system interactions users consider risky, competent, and benevolent. Finally, it follows an HCD process to propose a Human-Centered Trustworthy Framework (HCTframe) to guide non-experts in incorporating trust from an HCI perspective.
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    Deep Learning Methods with Limited Data Sources
    2023-06-01 - Silva, Rui Manuel Machado; Pinto, Pedro José de Melo Teixeira
    As the viticulture market becomes global and competitiveness levels rise, producers face a serious challenge in continuing to improve the winemaking process to maintain prominence. New methodologies are introduced to raise this process to new standards, with a special focus on methods for grape ripeness assessment based on the evaluation of oenological parameters, which help determine the optimal point of maturity for grapes’ harvesting and in the selection of grapes according to the desired characteristics of the final product. In this context, the precision viticulture research area has grown into a strong alternative to the traditional laboratorial analysis, due to its’ ability to perform a faster, non-destructive, and sustainable assessment of grape maturity with resource to image-based systems: among these systems, hyperspectral imaging is a cost-effective technique that allows the collection of both spatial and spectral information about an object, with recent studies showing that, paired with data analysis tools, this technology provides the means to achieve accurate predictions of oenological parameters with a small error rate. The downside to this technology is that powerful data analysis tools are required to extract the necessary information from the spectra, since it has complex patterns and a large volume of variability: consequently, the overall objective of this dissertation was to develop models, with resource to machine and deep learning, that provide accurate insights about the oenological parameters from hyperspectral images of wine grape berries. Sugar content and pH index were the parameters considered for grape ripeness assessment, due to their strong connection with flavour and overall maturity stage. The biggest concern when developing deep learning models to operate in this context is the generalization ability, since these models should exhibit a robust prediction capacity across different varieties and vintages of wine grape berries, while also maintaining a strong performance on small-sized data sets, due to the inherent difficulties of acquiring higher volumes of data: this represents a highly complex problem due to the high variability in the samples (oenological parameters are affected by several factors such as climate, different soil quality, terrain inclination, sun exposition, the plants’ water stress, and ripeness stage), the number of wine grape varieties (which introduce even more sample variability due to the extremely high number of different varieties), and the nonexistence of public large data sets (while traditional deep learning solutions use millions of examples for training, in this problem only hundreds of samples are available to use). Hence, this dissertation intends to contribute to the progress in knowledge regarding the application of deep learning methods in association with imaging spectroscopy to problems with limited data sources, and to achieve this goal it was divided into four main segments of development: the first, where an extensive study and implementation of dimensionality reduction methods was conducted to verify their impact on reducing storage space, computation time, and removing redundant features from a data set, which helps alleviate the known difficulties in processing the complex patterns in hyperspectral data; the second, where a technique capable of retaining both the local and global structure of the data in a lower dimension was studied, constituting itself as a strong alternative to the traditionally used linear methods; the third, where some of the most recent deep learning networks were implemented and combined with dimensionality reduction techniques to boost their performance; and the fourth, where recent deep learning architectures are investigated while attempting to develop a set of best practices and a unified methodology to perform a proper evaluation of generalization ability for the particular case of predicting oenological parameters from wine grape berries. Finally, this dissertation represents a step forward in terms of grape ripeness assessment with cost-effective and non-destructive technologies, with the conducted study allowing to understand the major impact of sample variability in several deep learning models’ performances: with a thorough research work already developed for dimensionality reduction and advanced data analysis tools, the attention should now shift to feature engineering, with the creation of new sample descriptors to use alongside the hyperspectral images that can help the models overcome the lack of examples for learning, which will lead to even more improvements in generalization capacity.
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    Adaptive grasping planning: a novel unified and modular grasping pipeline architecture
    2023-03-10 - Souza, João Pedro Carvalho de; Cunha, José Boaventura Ribeiro da; Moreira, António Paulo; Rocha, Luís Freitas
    A preensão robótica persiste como um problema na indústria moderna que busca técnicas autónomas, de implementação rápida e de alta eficiência em cenários complexos. A implantação de uma estrutura de preensão modular e reconfigurável para robôs atendendo demandas reais é modesta, mesmo com várias metodologias propostas. Cientificamente, a comunidade robótica carece de uma arquitetura de pipeline de preensão bem estruturada e formalizada que organize abordagens que permitam a avaliação e a base para novos avanços. Ao oferecer este novo pipeline de preensão, dotado de interface de utilizador adequada e metodologias incorporadas, a comunidade científica terá à sua disposição uma estrutura baseada em software para fácil integração e teste de novas contribuições científicas. A indústria terá uma ferramenta intuitiva e poderosa capaz de resolver o problema de preensão em diversos cenários.
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    Realistic multisensory virtual reality simulator for firefighter training: comparing the physiological response of trainees in real and virtual environments
    2022-12-02 - Narciso, David Gonçalves; Bessa, Maximino Esteves Correia; Melo, Miguel Ângelo Correia de; Cunha, João Paulo Trigueiros da Silva
    A formação de profissionais utilizando tecnologias de Realidade Virtual (RV) tem sido uma área de interesse desde o início da própria RV. Nos últimos anos, essa área viu uma nova onda de investimentos globais, o que impulsionou a criação de dispositivos de RV que proporcionam uma experiência cada vez mais próxima da realidade. Com o avanço dessas tecnologias, torna-se fundamental entender a capacidade atual da RV na formação de profissionais. Na literatura encontramos diversos estudos que abordam a formação de profissionais com o que hoje se conhece como RV imersiva, uma forma mais complexa de RV que combina dispositivos de RV com o objetivo de isolar o utilizador do mundo real e causar um alto nível de presença (a sensação de ”estar lá”, no ambiente apresentado). No entanto, embora todos partilhem o mesmo objetivo, o de treinar profissionais, pouca atenção é dada ao uso de estímulos multissensoriais e ao estudo de como cada estímulo sensorial pode influenciar a eficácia do treino. Esta tese consiste em estudar a influência que estímulos multissensoriais têm na obtenção de um Ambiente Virtual (AV) de treino capaz de produzir uma resposta fisiológica semelhante à exibida no Ambiente Real (AR). Para desenvolver esta tese, tivemos que definir qual a resposta fisiológica a analisar e o caso de estudo onde iríamos aplicar a nossa pesquisa. Como resposta fisiológica, decidimos usar a Variabilidade Cardíaca (VC). O nosso objetivo com a análise da VC é obter o stresse fisiológico dos utilizadores. Quanto ao caso de estudo, optamos pelo treino de bombeiros. Esta decisão foi motivada pela natureza estressante da formação de bombeiros em geral e pela existência de um protocolo de colaboração entre o laboratório MASSIVE, onde decorreu esta tese, e uma corporação de bombeiros local. Esta colaboração foi alcançada por meio do projeto de investigação Perceptual Equivalence in Virtual Reality For authEntiC Training (PERFECT – POCI-01- 0145-FEDER-028618), no qual esta tese também foi integrada. Para apoiar o desenvolvimento da tese, também tivemos que definir como criaríamos o AV de treino e como usaríamos a resposta fisiológica para estudar a influência dos estímulos sensoriais. Para obter o AV de treino, decidimos desenvolver um simulador de RV imersivo e multissensorial. Com esse simulador, poderíamos criar e personalizar o AV de treino não apenas para bombeiros, mas para qualquer profissão onde a RV possa ser aplicada. Quanto à resposta fisiológica, visto que o nosso objetivo é obter uma resposta semelhante à do AR, decidimos propor um método inovador que avalia a eficácia do treino proporcionado pelo AV a partir de sua capacidade de invocar uma resposta fisiológica de estresse semelhante à do AR. Ao longo da tese, vários estudos com utilizadores foram realizados. O objetivo de tais estudos foi principalmente a avaliação da eficácia do AV projetado para treinar bombeiros e a avaliação do impacto de diferentes estímulos sensoriais na eficácia desse AV. Num primeiro estudo com utilizadores, cumprimos um dos objetivos desta tese, a proposição e validação de uma metodologia inovadora para avaliação da eficácia de AV’s de treino. Esta metodologia é baseada na comparação da resposta fisiológica dos participantes entre um Ambiente Real (AR) e uma réplica virtual desse ambiente. Além da metodologia, foi realizada uma avaliação preliminar da eficácia do AV de treino de bombeiros. Essa avaliação permitiu testar e validar a metodologia, mas também mostrou que a eficácia do VE era significativamente diferente da do AR. Levando em consideração os resultados e o feedback recebido desse primeiro estudo preliminar, desenvolvemos uma versão nova e aprimorada do AV. Usando este AV aprimorado, um novo estudo com utilizadores foi realizado. Os resultados deste estudo foram positivos, embora a eficácia do AV não tenha sido a mesma do AR, os resultados levaram-nos a concluir que o AV foi eficaz na tarefa de treinar bombeiros e que poderia ser utilizado para complementar a formação de bombeiros. Para cumprir outro objetivo desta tese, um terceiro e último estudo com utilizadores foi realizado. O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto individual e combinado de estímulos sensoriais na resposta do utilizador e, como tal, na eficácia do AV. Os resultados deste estudo indicaram que o uso do mesmo Equipamento de Proteção Individual (EPI) que o AR tem impacto positivo na eficácia do AV, e que, quando possível, um AV deve proporcionar uma experiência multissensorial, que combine diferentes estímulos sensoriais, de forma coerente, a fim de maximizar a eficácia do AV de treino.
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    Advanced 2.5D Path Planning for agricultural robots
    2022-12-14 - Santos, Luís Carlos Feliz; Valente, António Luis Gomes; Santos, Filipe Baptista Neves dos
    A robótica desempenhará um papel significativo em diversos setores da economia com produtividade relativamente baixa, como a produção agroalimentar. As previsões indicam um crescimento contínuo da população mundial, sendo expectável atingir 9 biliões de pessoas até ao ano 2050, com uma diminuição de recursos humanos para a agricultura. Esses fatores indicam que a produtividade agrícola precisa de ser mais eficiente e autónoma. A mecanização de tarefas com soluções robóticas é essencial para enfrentar este problema. No entanto, desenvolver robôs para agricultura continua a ser um desafio. O planeamento de trajetórias representa um passo crucial para alcançar uma navegação totalmente autónoma, enfrentando vários desafios nos contextos agrícolas devido às condições adversas do terreno. Os desafios intensificam-se nas vinhas de encosta, caracterizadas pela sua forte inclinação e área consideravelmente grande. Portanto, esta tese propõe uma solução chamada AgRobPP que compreende diferentes abordagens para enfrentar os desafios do planeamento de trajetórias em campos agrícolas, com foco em vinhas de encosta. O AgRobPP tem a capacidade de extrair um mapa a partir de imagens de satélite e planear um caminho seguro ciente das restrições do robô, utilizando um mapa híbrido (métrico e topológico). Além disso, contém uma abordagem para supervisionar a trajetória e evitar colisões em tempo real. Como resultado, o AgRobPP (disponível em "open-source") fornece um planeamento de trajetórias de forma segura e eficiente em cenários agrícolas, particularmente em vinhas (Fig. 1).
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    Técnicas avançadas de monitorização em aplicações de agricultura de precisão
    2022-09-30 - Mendes, Jorge Miguel Ferreira da Silva; Santos, Raul Manuel Pereira Morais dos; Santos, Filipe Baptista Neves dos
    A agricultura perspetiva, a curto, médio e longo prazos, desafios multidimensionais relacionados com a escassez de recursos, com cenários de alterações climáticas severas e com a necessidade de implementar práticas ambiental e economicamente sustentáveis. Neste contexto de transições ecológica, energética e digital, ter-se-á de desenvolver e implementar soluções disruptivas, de forma a garantir a tão necessária produção de alimento. Incorporar tecnologia da indústria, antever e debelar problemas de forma integrada, otimizar recursos e processos produtivos, produzir de forma diferenciada e recorrer a ferramentas tecnológicas inovadoras, que incorporem inteligência artificial, é o mote e faz parte da agenda global para a próxima década. A viticultura vive um cenário em tudo semelhante. No caso da Região Demarcada do Douro, acrescem, ainda, os problemas de falta de recursos humanos para diferentes tarefas essenciais na cadeia de produção. A disseminação e a implementação de práticas de vitivinicultura de precisão, geridas por sistemas fortemente apoiados em dados que emergem de várias fontes e se apresentam em diversos formatos, tem vindo a crescer. Para além de séries temporais de dados agro-meteorológicos, particularmente relevantes em vários tipos de previsões, as imagens aéreas têm sobressaído como um auxiliar de enorme potencial na gestão de recursos, no planeamento, na construção de mapas de prescrição e, até mesmo, das próprias explorações. A evolução tecnológica dos sistemas embebidos, da capacidade das telecomunicações e o baixo custo inerente potenciou novas formas de monitorizar processos e de processar dados de forma distribuída. A incorporação de inteligência artificial tornou essa monitorização capaz de extrair informação de forma mais rápida e mais eficiente, numa ótica embrionária de Data Insight, onde o conhecimento tem como base um Data Lake. Este trabalho de investigação aborda o uso de inteligência artificial na monitorização inteligente e na classificação automática, enquadradas na viticultura de precisão, com o objetivo de criar soluções disruptivas e inovadoras que permitam acrescentar valor ao setor da vinha e do vinho. Para além de ser apresentada uma plataforma inteligente baseada no paradigma IoT (Internet of Things) – mySense - , capaz de dar resposta automática a solicitações, foi desenvolvido, também, o sistema VineInspector. Trata-se de um dispositivo embebido IoT de baixo custo e de fácil instalação na vinha, que recorre a sensores de imagem e a inteligência artificial para executar tarefas de particular relevância nas gestão da vinha, como seja a contagem automática de pragas em armadilhas, o seguimento automático da fenologia da videira, e a previsão de infeção por míldio. Os resultados alcançados a partir de ensaios realizados ao longo de dois anos em várias localizações e em condições reais de utilização, mostram as claras vantagens que o VineInspector oferece neste tipo de práticas. Destaca-se o registo de informação visual relevante e a emissão de notificações automáticas, sem a necessidade de deslocação ao terreno. Para além deste dispositivo, que se constitui como o corolário deste trabalho, muitas outras contribuições ficam disponibilizadas como serviços mySense. Por exemplo, a classificação automática de castas de videira com base em imagem adquirida em ambiente real. Embora com muitas perspetivas de trabalho futuro, poder-se-á concluir que este trabalho deixa um conjunto de processos e de aplicações iniciados para que seja possível uma desejável transferência tecnológica para empresas do setor que pretendam abraçar este tipo de soluções e as tornem disponíveis. É importante assinalar que este trabalho constituiu a base que permitiu criar uma empresa tecnológica - a Kropie - que se espera possa vir a desempenhar um papel fundamental nos processos de inovação contínua e de transferência de tecnologia no sector da vinha e do vinho, quer nacional, quer internacional.
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    Framework para definição da continuidade de negócio: avaliação multidisciplinar da maturidade organizacional
    2022-11-11 - Russo, Nelson Godinho Canaveira; Mamede, Henrique São; Reis, Leonilde; Silveira, Clara
    A Continuidade de Negócio (CN) é a capacidade estratégica e tática organizacional para planear e responder a incidentes e interrupções de negócio de forma a continuar as operações de negócio, a um nível aceitável predefinido. Neste sentido, as organizações devem preparar-se para a eventualidade de ocorrerem perturbações à sua produtividade e capacidade competitiva, especialmente nos processos de negócio suportados em Tecnologias da Informação e Comunicação (TIC). Assim, o Plano de Continuidade de Negócio (PCN) objetiva a redução do risco e do impacto de um incidente ou desastre, planeando as soluções e circunstâncias que permitem a diminuição do tempo necessário para restaurar o negócio até um estado normal de operação. Estas capacidades são formalizadas na Gestão da Continuidade de Negócio (GCN), com a preparação da organização para a manutenção da continuidade dos seus serviços, durante a ocorrência de um incidente ou desastre, através da implementação de um plano de contingência. Neste contexto, as organizações beneficiam da existência de uma Framework que oriente estrategicamente sobre o que deve ser considerado para a mitigação das disrupções do negócio, para a implementação do PCN e para efetivar a GCN. As orientações presentes nos Standards e Frameworks internacionais, focam-se nos métodos a serem usados, quando e por quem, referindo que a organização deve determinar o que deve ser medido. Apesar da complexidade e pertinência dos standards e das Frameworks estudadas, identificou-se uma oportunidade para colmatar lacunas, sobretudo as associadas à definição de métricas de CN. De forma a minorar as lacunas identificadas, este trabalho propõe uma Framework para apoiar as organizações na implementação do PCN, através da definição de um conjunto de métricas para avaliação multidisciplinar da conceção e implementação do PCN, que indique a maturidade multidisciplinar do sistema de GCN alcançado. A metodologia de investigação aplicada foi a Design Science Research (DSR). O problema foi identificado e definido com recurso à revisão da literatura. Foi efetuada uma revisão sistemática da literatura para a definição dos objetivos da solução e como suporte teórico ao artefacto desenvolvido. A primeira iteração na etapa de demonstração e avaliação do artefacto foi concretizada com a análise e utilização do artefacto através de Focus Group Exploratório com especialistas em CN e nas TIC, com experiência na implementação de PCN e em soluções tecnológicas conexas. Na segunda iteração, recorreu-se à realização de entrevistas semiestruturadas com profissionais e gestores na área da CN e das TIC, aplicando o artefacto na sua organização e avaliando a qualidade, utilidade e eficácia. Os resultados da demonstração e avaliação confirmam que a Framework apresenta um baixo nível de complexidade, é viável e sustentável, apoiando a organização na formulação de uma resposta, reinício, recuperação e restauro dos processos de negócio, suportados nas TIC, a um nível pré-definido de operacionalidade. Considera-se ainda que é consistente, completa e aprimora a gestão dos processos organizacionais, apoia a governança e permite estar alinhada com os normativos, fornecendo as orientações estratégicas para a implementação de um PCN. Outras das mais valias da Framework é ser escalável e adaptável a diversos tipos de organizações, em distintos setores de atividade e níveis de sensibilidade à CN. A Framework desenvolvida é clara e coesa, transmitindo o caminho que a organização deve percorrer para alcançar um PCN. Os sistemas de Medição e Autoavaliação desenvolvidos contribuem para a aplicação do Modelo com o apoio do Guia Orientador da Framework. Nesse sentido, considera-se que a Framework desenvolvida cumpriu os objetivos definidos, dado que permite apoiar e agilizar os processos organizacionais na implementação da GCN e orientar estrategicamente a conceção e implementação de um PCN que permita a continuidade dos processos de negócio, suportados nas TIC, de acordo com a maturidade e capacidade da organização.
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    Metodologias e técnicas de avaliação das normas europeias de acessibilidade em procedimentos de compras públicas de produtos e serviços de TIC: Tese de Doutoramento em Informática
    2022-06-03 - Martins, Márcio Ricardo Alves; Gonçalves, Ramiro Manuel Ramos Moreira; Godinho, Francisco Alexandre Ferreira Bis...
    A acessibilidade em tecnologias de informação e comunicação (TIC) tem o dom de aumentar a qualidade de vida de pessoas com deficiência, tornando-a mais ativa e proveitosa, bem como de preservar nessas condições por mais tempo a de pessoas idosas. As pessoas com deficiência já demonstraram em várias circunstâncias que são as primeiras a adotar novos recursos – com características específicas de acessibilidade ou com recurso a tecnologias de apoio que lhes permitam aceder aos sistemas (tecnologias essas que se revelam de grande importância e potenciam a igualdade no acesso a produtos e serviços de TIC e combatem a exclusão). Porém, a falta de cuidado neste âmbito suprime seriamente esta possibilidade. A carência de acessibilidade nas TIC, em geral, é extremamente comum e dificulta as vidas de quem destas necessita, devendo-se isto, principalmente, à falta de conhecimentos e à não aplicação de requisitos de acessibilidade no desenvolvimento das TIC. Para combater esta problemática, que afeta uma elevada percentagem da população, e contribuir para a mitigação destes resultados, são essenciais propostas metodológicas, técnicas e ferramentas que tirem o máximo partido do potencial tecnológico e a vontade política existentes. A constante e veloz evolução tecnológica é inquestionável. A existência de legislação sobre a temática da acessibilidade para as TIC não é novidade e têm decorrido várias iniciativas internacionais e nacionais, embora muito focadas na Web. Estamos no limiar de uma abordagem mais abrangente no domínio das TIC e a norma europeia EN 301 549 vem especificar os requisitos de acessibilidade de produtos e serviços de TIC a aplicar em procedimentos de compras públicas em todos os Estados-Membros da União Europeia (UE), tal como acontece nos Estados Unidos da América (EUA) desde o início deste século, no âmbito da secção 508 do Rehabilitation Act (Lei da Reabilitação). Este estudo doutoral incidiu na análise da norma europeia sobre requisitos de acessibilidade para produtos e serviços de TIC, que suportam uma nova legislação no domínio das compras públicas – a Diretiva 2014/24/UE, tendo em vista a facilitação da sua introdução e a aplicação em Portugal e nos países da UE. Para este propósito descodificou-se os parâmetros e verificou-se a evolução da norma, efetuou-se a tradução e a comparação desta com a Final Rule dos EUA e foram apresentadas propostas metodológicas, técnicas e ferramentas para determinação e avaliação dos requisitos de acessibilidade desta, bem como procedimentos e modelos de certificação. Foi ainda projetado e desenvolvido o protótipo da Ferramenta de Requisitos de Acessibilidade para TIC (FRATIC), que reúne as propostas e pode ser utilizada em diversas fases das compras e contratações públicas, bem como dos projetos e desenvolvimentos que incluem produtos e serviços de TIC. A FRATIC é uma ferramenta, baseada em Microsoft® Excel® , com funcionalidades específicas capazes de auxiliar e facilitar a consulta de informação, a determinação e a avaliação dos requisitos de acessibilidade da norma europeia e consequente a avaliação e a certificação dos produtos e serviços de TIC, sendo capaz de fornecer informações do Vocabulário Comum para os Contratos Públicos e relatórios abrangentes e detalhados. Com o objetivo de se testar e validar a FRATIC, foram realizados testes de usabilidade e entrevistas com 25 potenciais utilizadores e peritos das áreas da acessibilidade, tecnologias de apoio e contratações públicas, que possibilitaram efetuar a avaliação objetiva e subjetiva da usabilidade, a avaliação de características de acessibilidade das secções da FRATIC, bem como obter feedback, contribuições e sugestões dos peritos sobre a temática desta investigação e a experiência com a ferramenta FRATIC. A presente tese, para além dos contributos científicos e aplicacionais, identifica alguns contributos para o ensino e formação. A necessidade de formação na área da acessibilidade das TIC, assim como a sensibilização e a consciencialização relativa ao tema, para estudantes e profissionais, afiguraram-se como basilares. No processo de desenvolvimento de um projeto, criação ou compra de uma TIC, ficou patente que os requisitos de acessibilidade devem ser cuidadosamente especificados e aplicados.
  • ItemAcesso Embargado
    Internet of things 4 seniors
    2022-04-08 - Correia, Luís Filipe Jesus; Pereira, António Manuel de Jesus; Barroso, João Manuel Pereira; Costa, Nuno Alexandre Ribeiro da
    Atualmente, deparamo-nos a nível mundial com uma população bastante envelhecida, com tendência a aumentar e a população portuguesa não é exceção. Este fator intensifica-se na região do interior do país, onde predominam as zonas rurais, fortemente desertificadas. Os poucos residentes destes ambientes rurais, são maioritariamente idosos que, em muitos casos, vivem isolados não só socialmente, mas também tecnologicamente, dada a elevada taxa de infoexclusão da população sénior. Todos estes fatores potenciam o sentimento de insegurança e de solidão extrema. Torna-se um desafio melhorar a qualidade de vida de quem tem ainda alguma autonomia e condições para viver no seu lar. A Internet of Things apresenta-se como um dos paradigmas tecnológicos com maior potencial neste âmbito, uma vez que o seu principal objetivo passa pela capacidade de integrar a tecnologia da informação com os objetos físicos presentes no quotidiano. Associado a este conceito, surge o paradigma Ambient Assisted Living (AAL), que pretende monitorizar e apoiar de forma automática e pró-ativa o habitat e o próprio utente, por forma a prologar o número de anos que pode viver de forma autónoma e com uma qualidade de vida melhorada. Neste projeto é proposta uma arquitetura de alto nível para uma solução, designada de SiMI (Sistema de Monitorização de Idosos). Este sistema tem como objetivo principal recolher dados sobre os idosos, atividade e parâmetros vitais, bem como informação relativa ao ambiente da sua residência. Com base nos dados recolhidos, o sistema de notificações envia avisos para o cuidador ou familiares. É um requisito importante que o sistema não condicione o dia-a-dia dos idosos, pelo que todos os equipamentos a utilizar devem ser o mais discretos possível. Deste modo, a arquitetura proposta define que o sistema não deve ser intrusivo, onde os idosos apenas colocam uma smartband e não necessitam de interagir diretamente com nenhum equipamento para que o sistema funcione. x A arquitetura proposta encontra-se dividida em quatro módulos: SiMISensor, SiMI-Gateway, SiMI-Server e SiMI-Care. Os módulos SiMI-Sensor e SiMI-Gateway estão localizados nas residências dos idosos e são responsáveis pela recolha dos dados do ambiente das residências e dos idosos. O módulo SiMI-Server tem como função principal receber, processar, armazenar e centralizar toda a informação proveniente do módulo SiMI-Gateway. O módulo SiMI-Care permite que o cuidador/familiar possa aceder, em tempo real, através de uma aplicação móvel, a toda a informação relacionada com o idoso e a sua residência. É também através deste módulo, que o cuidador/familiar é notificado caso ocorra alguma situação anómala. O sistema foi testado através de três tipos de testes: aceitação, robustez e ambiente real. Os testes de aceitação permitiram concluir que as smartbands foram bem aceites pela maioria dos idosos, que não consideraram este dispositivo intrusivo na sua rotina diária. Os testes de robustez testaram as diversas funcionalidades do sistema proposto, num ambiente real de utilização, com a monitorização de dois idosos. Por fim, a solução foi avaliada, em ambiente real, com um conjunto mais alargado de idosos e cuidadores. Através das respostas dadas, pelos diversos utilizadores, concluiu-se que os idosos se sentem mais seguros e autónomos ao utilizarem este sistema. Por outro lado, os cuidadores transmitiram que o facto de obterem, em tempo real, a informação relativa ao estado idoso, bem como da sua atividade, e serem notificados caso algo que coloque em risco o idoso, é algo que os deixa mais descansados e com um maior sentimento de segurança em relação às pessoas que estão ao seu cuidado. A solução proposta permite a criação de ambientes inteligentes, em habitações comuns, que monitorizam e controlam diversos parâmetros da residência bem como dos próprios idosos, desde a sua atividade física a parâmetros vitais. Sendo este um sistema não intrusivo, desde logo apresenta como uma das principais vantagens, o facto de não requerer conhecimentos tecnológicos, por parte dos utilizadores seniores. Assim, para além de incrementar a qualidade de vida e possibilitar uma maior autonomia dos idosos, dá aos cuidadores e familiares um sentimento de segurança e de acompanhamento permanente. O sistema desenvolvido neste trabalho, tendo em conta as suas características, pode ser adotado por sistemas de saúde ou até mesmo por serviços de apoio à terceira idade, quer sejam estes públicos ou privados. Pois, este para além de promover a autonomia dos idosos, realiza uma monitorização dos dados vitais e da atividade diária dos utentes. Sendo que os dados recolhidos são fundamentais para o controlo clínico e condição do idoso.
  • ItemAcesso Aberto
    Um modelo para adaptação de health games comunitários em ambiente de rede social
    2022-03-25 - Pinho, Anabela Neves Alves de; Paredes, Hugo; Zagalo, Nelson
    Em Portugal, nas últimas sete décadas, os homens aumentaram em 28,6 % a sua esperança de vida e as mulheres 26%. O que corresponde a cerca de 17 anos de vida em ambos os sexos. A Europa segue, genericamente, a tendência e os valores (Pordata - Base de Dados Portugal Contemporâneo, 2021). Há, na sociedade atual, um envelhecimento demográfico e uma profusão de idosos numa faixa etária outrora inexistente, pelo que é necessário e urgente definir e desenvolver políticas, estratégias e projetos como formas de combate ao envelhecimento, nomeadamente políticas de saúde, economicamente viáveis e sustentáveis, de promoção de um envelhecimento saudável. O envelhecimento está associado a mudanças relacionadas com o estado de saúde (bem-estar físico, mental e social). Existem doenças que requerem ações especificas, nomeadamente a adesão a terapêuticas, que frequentemente é muitas vezes mais baixa face ao expectável. Deste modo, torna-se necessária e urgente a promoção de formas para estimular a motivação e envolver as pessoas na realização dessas terapêuticas. Paralelamente ao envelhecimento da população, encontra-se o crescimento de inovações tecnológicas, revolucionando o mundo e a sociedade em geral, alterando hábitos e comportamentos. Na área da saúde, estas tecnologias, podem ser importantes na promoção e implementação de soluções dos problemas relacionados com as terapêuticas de saúde no envelhecimento, tornando desafiante a criação de estratégias motivadoras para a adoção e utilização dessas tecnologias pelos idosos. Dentro do leque de inovações apareceram novas ferramentas, plataformas online, onde encaixam as redes sociais e os jogos, que passaram a desempenhar um papel preponderante na vida das pessoas, devido à presença crescente e forte adesão, tornando-se meios de socialização de excelência. Através dos jogos desenvolveram-se novas estratégias como a gamification, estratégia que aplica princípios de design de jogos de computador com o objetivo de criar envolvimento entre uma pessoa e a realização de uma determinada atividade, promovendo o compromisso e a motivação na sua realização. Ora, este tipo de técnica, aliada à elevada tecnologia dos dispositivos eletrónicos, à sua omnipresença, ao seu baixo custo, à sua facilidade de utilização e à ligação às redes, faz com que a gamification aplicada à promoção da saúde seja uma iv estratégia simples, económica e apelativa, também para idosos ou pacientes idosos, permitindo mudar os seus comportamentos, a fim de alcançarem melhor saúde. Neste contexto, o objetivo desta tese é construir um modelo que explore a conjugação das estratégias de gamification e socialização, associadas a ferramentas colaborativas, ou redes sociais, num modelo agregador, para potenciar a motivação dos idosos na adoção de comportamentos de vida saudável, melhorando o seu estado de saúde e conduzindo-os a um envelhecimento ativo. O modelo foi construído tendo por base uma revisão de literatura, assente na análise de informação sobre a aplicação de modelos de gamification em contextos, bem como o papel e os mecanismos associados às redes sociais e as razões que motivam os idosos a usar estas plataformas. Foi ainda feita uma pesquisa e análise comparativa de modelos de referência para percebermos qual o que iria de encontro ao objetivo proposto. A validação do modelo foi feita com recurso a um caso de estudo que suportou um conjunto de experiências realizadas com utilizadores reais e um questionário para recolha de dados e posterior análise do modelo.
  • ItemAcesso Embargado
    Serviço de apoio a idosos recorrendo a veículos aéreos não tripulados
    2022-02-22 - Safadinho, David Ferreira; Pereira, António Manuel de Jesus; Reis, Arsénio Monteiro; Ribeiro, José Carlos Bregieiro
    O aumento da esperança média de vida e do envelhecimento da população mundial representam um desafio para as entidades prestadoras de serviços e cuidados de saúde tornando-se uma preocupação que apresenta implicações transversais a todos os setores da sociedade. Segundo uma projeção elaborada pelo Instituto Nacional de Estatística (INE), prevê-se que o índice de envelhecimento em 2080 seja de 317 idosos por cada 100 jovens. O êxodo rural contribui para um perfil demográfico envelhecido nomeadamente em zonas de baixa densidade populacional. O investimento nestas zonas não se torna rentável, o que condiciona o funcionamento dos serviços. Contudo, os idosos que habitam nestas zonas continuam a necessitar de cuidados e de aceder aos bens essenciais (e.g., bens alimentares, medicamentos). As tecnologias de nova geração adquiriram um papel importante na sociedade, permitindo automatizar os processos tornando-os mais rápidos e económicos minimizando a intervenção humana. Os veículos aéreos não tripulados – ou Unmanned Aerial Vehicles (UAV) são um fruto bastante promissor da constante evolução da tecnologia. Apresentam como principais vantagens a deslocação no espaço aéreo, a facilidade em alterar a direção e a possibilidade de transportar cargas, que possibilitam a criação de vários tipos de serviços, nomeadamente os serviços de entrega. A presente tese tem como objetivo principal apresentar uma solução que permita a criação de serviços no apoio a idosos residentes em zonas de baixa densidade populacional utilizando os UAV, de modo a possibilitar o acesso aos bens essenciais na sua habitação sem ser necessário deslocarem-se até à entidade prestadora de serviços. Na prossecução da análise dos trabalhos relacionados, onde foram identificadas as principais características dos UAV e dos serviços de entrega, foi possível perceber as entidades envolvidas num serviço de entrega. A entidade cliente, ao realizar um pedido a uma entidade prestadora de serviços, despoleta a primeira fase do processo logístico de distribuição. Depois, a entidade prestadora, recebe, analisa e processa o pedido e comunica com a entidade UAV Station. Esta entidade tem como responsabilidade selecionar e preparar o UAV adequado para realizar o transporte e entrega em segurança. Para interligar todas as entidades, é utilizada uma plataforma alojada na cloud, que possibilita a comunicação e gestão da informação entre entidades. A proposta de uma classificação do espaço aéreo permite categorizar as zonas terrestres, consoante o risco que representam em caso de acidente, o que possibilita a criação de corredores aéreos seguros para a utilização dos UAV. De modo a estudar a aplicabilidade da solução proposta num caso real, foram elaboradas entrevistas semiestruturadas a idosos e a colaboradores de entidades prestadoras de serviços a idosos, que permitiram identificar os serviços que os idosos residentes nestas zonas necessitam. Foi possível identificar uma entidade que fornece vários serviços domiciliários a idosos, nomeadamente a higienização, serviço de refeições, tratamento de roupas, entre outros. Dos serviços identificados, foi elaborado um estudo de aplicação da solução proposta que permitiu analisar a viabilidade dos UAV no serviço de entrega de refeições. Quando o UAV chega à habitação do cliente surge a dificuldade em definir um local seguro para entregar a mercadoria em segurança. A tecnologia utilizada para a navegação é o GPS, mas devido a possíveis interferências no sinal não assegura a precisão necessária para garantir a segurança no ato da entrega. Para colmatar esta lacuna, é proposto um sistema de baixo custo que possibilita a deteção de um recetor no local da entrega, utilizando técnicas de visão computacional ou – Computer Vision (CV). Todo o processo é realizado no próprio UAV, não havendo a necessidade de recorrer a uma comunicação externa. Os resultados obtidos mostram que o tempo médio para detetar uma pessoa é inferior a 3 segundos e permitem concluir que o momento ideal para iniciar o sistema de deteção encontra-se a uma distância horizontal de 25 m e a uma altitude de 10 m do recetor. O modelo de criação de serviços proposto na presente tese consiste na caracterização das entidades intervenientes e dos procedimentos necessários para a definição e implementação de serviços de entrega que utilizem os UAV. Permite que as entidades cliente, prestadora de serviços e UAV se interliguem através de uma plataforma alojada na cloud possibilitando a criação de serviços de entrega autónomos, flexíveis, mais rápidos e económicos à população que habita em zonas de baixa densidade populacional. É uma solução que pretende melhorar a qualidade de vida dos idosos, evitando que estes percorram longos caminhos para aceder aos bens. Esta abordagem, proporciona uma maior proximidade entre a população e as entidades de apoio, possibilitando que os idosos solicitem um bem a uma entidade prestadora e que o mesmo seja entregue autonomamente na sua residência mais rapidamente.
  • ItemAcesso Embargado
    Software-Defined Things no apoio a idosos
    2022-02-21 - Fuentes, Daniel Alexander Lopes; Pereira, António Manuel de Jesus; Barroso, João Manuel Pereira; Costa, Nuno Alexandre Ribeiro da
    A Internet das coisas teve um crescimento exponencial na última década, estando cada vez mais integrada na sociedade e presente no dia-a-dia da população em geral, seja nos equipamentos existentes em casa, no trabalho ou nos próprios automóveis. Tudo se encontra cada vez mais ligado à Internet e a tendência desta necessidade de estar sempre online é de aumentar. Um dos aspetos bastantes positivos desta adoção tecnológica em massa destaca-se nos cuidados médicos e no acompanhamento a doentes e a pessoas idosas. As soluções IoT (Internet of Things) permitem que as pessoas que mais precisam tenham um acompanhamento à distância por parte de profissionais de saúde ou cuidadores. Estas soluções interligam as pessoas e as suas casas às instituições prestadoras de serviços médicos e outros, permitindo combater uma tendência cada vez maior, o isolamento das pessoas idosas. Em Portugal a classe mais vulnerável é a terceira idade, onde além de os idosos viverem cada vez mais sozinhos, estes por vezes têm rendimentos que apenas lhes permitem sobreviver no dia-a-dia. Esta verdade leva também a que a utilização de novas tecnologias de acompanhamento por parte de familiares ou profissionais não seja possível, devido aos custos que estas acarretam não só ao nível de equipamentos, mas também de instalação e manutenção dos mesmos. Devido a isto é necessário desenvolver soluções que permitam a criação de sistemas IoT de monitorização e acompanhamento de idosos de baixo custo, permitindo assim uma maior adoção deste tipo de tecnologias. Para tal é necessário não só reduzir os custos técnicos e de mão de obra na instalação e manutenção das soluções IoT, mas também permitir que pessoas com poucos conhecimentos tecnológicos consigam instalar e gerir elas mesmas estes sistemas. Uma abordagem que utiliza os mesmos princípios de funcionamento descritos anteriormente é o paradigma SDN (Software-Defined Networking), o qual é vastamente utilizado em redes de informáticas e tem sido uma referência cada vez maior para soluções IoT. Já existem vários projetos e soluções IoT baseados em SDN e esta adoção está a crescer cada vez mais, devido à possibilidade de separação entre o plano de controlo e o plano de dados que este oferece, além da possibilidade de redução de custos na implementação e gestão de soluções IoT nas mais variadas áreas. Esta tese de doutoramento tem como objetivo principal definir e validar uma arquitetura distribuída para soluções IoT, de baixo custo e de parcos recursos, enquanto centraliza a sua gestão, configuração e atribuição de tarefas. Apesar da arquitetura proposta ter como finalidade o desenvolvimento de aplicações e serviços destinados ao apoio e cuidado a idosos – no caso de uso desta tese-, esta deverá ser suficientemente genérica e abrangente de forma a poder ser aplicada a qualquer mercado vertical IoT, incluindo monitorização ambiental e de infraestruturas, indústria 4.0, investigação científica, cidades inteligentes, entre outros. A arquitetura definida e designada por Software-Defined Things (SDT), foi aplicada ao caso de uso dos cuidados a idosos e os testes revelaram o comportamento esperado, ou seja, foi possível configurar, de forma centralizada, todos os equipamentos em termos de conectividade de rede e qualidade de serviço, assim como as funcionalidades dinâmicas – tarefas a desempenhar por cada dispositivo – de cada um dos nós – neste caso, de cada um dos dispositivos IoT. O facto de a arquitetura ter sido orientada para dispositivos IoT de baixo custo e de recursos limitados, facilitando a gestão centralizada e automatizada dos mesmos, abre a real possibilidade de adoção generalizada no sentido de contribuir para soluções acessíveis e de fácil manutenção de serviços de cuidados de saúde e bem estar de idosos, sendo ao mesmo tempo genérica o suficiente para ser aplicada virtualmente a qualquer mercado de aplicações e serviços IoT.
  • ItemAcesso Aberto
    A mobile gamification app to promote behaviour change on energy consumption of office buildings
    2021-10-01 - Marques, Fernando José Cassola; Morgado, Leonel Caseiro; Paredes, Hugo; Coelho, António Fernando Vasconcelos Cunha Castro
    A redução das emissões de carbono é um dos tópicos mais prementes na agenda global e a redução do consumo de energia torna-se assim um fator relevante a ter em consideração. Sabese que cerca de 40% do consumo global de energia provém precisamente dos edifícios. Assim a utilização de sistemas de automação que permitam reduzir esse consumo são uma das formas de garantir a sustentabilidade do planeta. Contudo, alguns equipamentos elétricos e espaços, ao nível do consumo energético, dependem muito dos comportamentos individuais dos seus utilizadores. Num edifício de escritórios, as luzes representam cerca de 40% do consumo elétrico e os computadores, impressoras e demais equipamentos eletrónicos cerca de 35%. São vários os estudos que apontam para os comportamentos individuais como sendo responsáveis entre 30% e 40% das emissões anuais de C02. É habitual muitos utilizadores deixarem os seus computadores no escritório ligados durante a hora de almoço, à noite e mesmo aos fins de semana e que esses comportamentos nada eficientes dificilmente são mudados através de sistemas de automação. Assim, impulsionados por este desiderato, a presente tese estudou e propôs uma nova abordagem que permita reduzir o consumo de energia em edifícios de escritório, mudando os comportamentos energeticamente menos eficientes dos seus utilizadores, através de uma aplicação móvel gamificada. Inicialmente foi feito um levantamento do estado da arte em quatro grandes temáticas que se revelaram necessárias a ser estudadas para responder aos objetivos do projeto. Assim, foram estudadas as formas de mudar comportamentos ao nível do consumo energético. Depois foi lançada uma abordagem teórica acerca da gamificação e a sua relação com a mudança comportamental. Posteriormente a forma como deverá ser desenvolvida uma aplicação móvel foi também estudada. Por último, um olhar ao nível das coreografias virtuais e a forma como podem potenciar a aplicação de metodologias em ordem à mudança comportamental foi investigada. Em termos metodológicos toda a investigação foi baseada na metodologia Design Science Research e assim, foram desenhados, desenvolvidos, avaliados três artefactos que resultaram assim numa versão final que foi aplicada no terreno para estudar a sua viabilidade. Assim, durante três meses cerca de 24 utilizadores de um open-space do edifício do INESC TEC no Porto usaram esta aplicação. Os resultados obtidos foram claramente positivos e demonstram que na prática o consumo energético reduziu em cerca de 20%. Por outro lado, através da análise às coreografias virtuais identificadas, se demonstra que essa redução se deveu precisamente à mudança comportamental dos utilizadores presentes no espaço que foi usado nos testes. Foi também evidente que a abordagem metodológica ao nível da obtenção dos melhores mecanismos de gamificação que potenciassem a mudança comportamental se revelou um sucesso. Naturalmente que existiram limitações e aspetos menos conseguidos que abriram assim linhas de investigação que certamente irão merecer cuidado em próximos projetos. Seja dando continuidade à melhoria dos comportamentos ao nível do consumo energético, bem como em outras áreas onde esta abordagem metodológica poderá surtir efeito. Por último, importa também destacar que dado o sucesso do uso das coreografias virtuais se abriram também outros campos de investigação.
  • ItemAcesso Aberto
    A mobile gamification app to promote behaviour change on energy consumption of office buildings
    2021-10-01 - Marques, Fernando José Cassola; Morgado, Leonel Caseiro; Paredes, Hugo; Coelho, António Fernando Vasconcelos Cunha Castro
    A redução das emissões de carbono é um dos tópicos mais prementes na agenda global e a redução do consumo de energia torna-se assim um fator relevante a ter em consideração. Sabese que cerca de 40% do consumo global de energia provém precisamente dos edifícios. Assim a utilização de sistemas de automação que permitam reduzir esse consumo são uma das formas de garantir a sustentabilidade do planeta. Contudo, alguns equipamentos elétricos e espaços, ao nível do consumo energético, dependem muito dos comportamentos individuais dos seus utilizadores. Num edifício de escritórios, as luzes representam cerca de 40% do consumo elétrico e os computadores, impressoras e demais equipamentos eletrónicos cerca de 35%. São vários os estudos que apontam para os comportamentos individuais como sendo responsáveis entre 30% e 40% das emissões anuais de C02. É habitual muitos utilizadores deixarem os seus computadores no escritório ligados durante a hora de almoço, à noite e mesmo aos fins de semana e que esses comportamentos nada eficientes dificilmente são mudados através de sistemas de automação. Assim, impulsionados por este desiderato, a presente tese estudou e propôs uma nova abordagem que permita reduzir o consumo de energia em edifícios de escritório, mudando os comportamentos energeticamente menos eficientes dos seus utilizadores, através de uma aplicação móvel gamificada. Inicialmente foi feito um levantamento do estado da arte em quatro grandes temáticas que se revelaram necessárias a ser estudadas para responder aos objetivos do projeto. Assim, foram estudadas as formas de mudar comportamentos ao nível do consumo energético. Depois foi lançada uma abordagem teórica acerca da gamificação e a sua relação com a mudança comportamental. Posteriormente a forma como deverá ser desenvolvida uma aplicação móvel foi também estudada. Por último, um olhar ao nível das coreografias virtuais e a forma como podem potenciar a aplicação de metodologias em ordem à mudança comportamental foi investigada. Em termos metodológicos toda a investigação foi baseada na metodologia Design Science Research e assim, foram desenhados, desenvolvidos, avaliados três artefactos que resultaram assim numa versão final que foi aplicada no terreno para estudar a sua viabilidade. Assim, durante três meses cerca de 24 utilizadores de um open-space do edifício do INESC TEC no Porto usaram esta aplicação. Os resultados obtidos foram claramente positivos e demonstram que na prática o consumo energético reduziu em cerca de 20%. Por outro lado, através da análise às coreografias virtuais identificadas, se demonstra que essa redução se deveu precisamente à mudança comportamental dos utilizadores presentes no espaço que foi usado nos testes. Foi também evidente que a abordagem metodológica ao nível da obtenção dos melhores mecanismos de gamificação que potenciassem a mudança comportamental se revelou um sucesso. Naturalmente que existiram limitações e aspetos menos conseguidos que abriram assim linhas de investigação que certamente irão merecer cuidado em próximos projetos. Seja dando continuidade à melhoria dos comportamentos ao nível do consumo energético, bem como em outras áreas onde esta abordagem metodológica poderá surtir efeito. Por último, importa também destacar que dado o sucesso do uso das coreografias virtuais se abriram também outros campos de investigação.
  • ItemAcesso Aberto
    Escalonamento inteligente com recurso a aprendizagem por Reforço
    2021-02-26 - Cunha, Bruno Miguel Almeida; Pereira, Ana Maria Dias Madureira; Fonseca, José Benjamim Ribeiro da
    O crescimento industrial das ultimas décadas estimulou a necessidade de sistemas inteligentes capazes de suportar eficientemente os ambientes industriais, dado que precisam de se ajustar rapidamente a acontecimentos imprevistos. O processo de escalonamento de ambientes de manufatura modernos ainda apresentam bastantes dificuldades em lidar com imprevistos, e as decisões humanas tomadas nessas situações não conduzem a planos otimizados. Assim, sistemas autónomos inteligentes são necessários de forma a que sejam geradas soluções automáticas para problemas de escalonamento, da forma mais rápida e otimizada possível. A ultima década foi também palco de uma enorme expansão na área da aprendizagem automática. O poder computacional, que antes era considerado um grande entrave para os investigadores desta área, e agora muito acessível e incrivelmente poderoso, fazendo com que grandes descobertas sejam feitas constantemente. Este trabalho apresenta uma arquitetura inovadora que incorpora a aprendizagem por reforço em sistemas de escalonamento, de forma a melhorar o desempenho global dos planos de escalonamento e a ultrapassar as limitações que as abordagens atuais apresentam. Pretende-se também investigar o desenvolvimento de ambientes para treino de agentes de aprendizagem por reforço para que estes sejam capazes de resolver o problema de escalonamento Job Shop. Pretende-se, simultaneamente, a integração de várias áreas de investigação como as técnicas de treino para aprendizagem por reforço, os métodos de otimização inspirados na natureza e, também, a adaptação de sistemas de escalonamento inteligentes aos utilizadores especialistas. De modo a avaliar a contribuição deste trabalho foi conduzido um estudo computacional sobre o desempenho do agente inteligente relativamente a sua eficiência e à qualidade das soluções apresentadas. Foi possível concluir (com prova estatística) acerca dos benefícios do agente inteligente criado com técnicas de aprendizagem por reforço, num ambiente próprio de treino proposto, e incorporado num sistema de escalonamento completo.