[pt] SLAM (Mapeamento e Localização Simultânea) é uma das áreas mais pesquisadas na Robótica móvel. Trata-se do problema, num robô móvel, de construir um mapa sem conhecimento prévio do ambiente e ao mesmo tempo manter a sua localização nele. Embora a tecnologia ofereça sensores cada vez mais precisos, pequenos erros na medição são acumulados comprometendo a precisão na localização, sendo estes evidentes quando o robô retorna a uma posição inicial depois de percorrer um longo caminho. Assim, para melhoria do desempenho do SLAM é necessário representar a sua formulação usando teoria das probabilidades. O SLAM com Filtro Extendido de Kalman (EKF-SLAM) é uma solução básica, e apesar de suas limitações é a técnica mais popular. O Fast SLAM, por outro lado, resolve algumas limitações do EKF-SLAM usando uma instância do filtro de partículas conhecida como Rao-Blackwellized. Outra solução bem sucedida é o DP-SLAM, o qual usa uma representação do mapa em forma de grade de ocupação, com um algoritmo hierárquico que constrói mapas 2D bastante precisos. Todos estes algoritmos usam informação de dois tipos de sensores: odômetros e sensores de distância. O Laser Range Finder (LRF) é um medidor laser de distância por varredura, e pela sua precisão é bastante usado na correção do erro em odômetros. Este trabalho apresenta uma detalhada implementação destas três soluções para o SLAM, focalizado em ambientes fechados e estruturados. Apresenta-se a construção de mapas 2D e 3D em terrenos planos tais como em aplicações típicas de ambientes fechados. A representação dos mapas 2D é feita na forma de grade de ocupação. Por outro lado, a representação dos mapas 3D é feita na forma de nuvem de pontos ao invés de grade, para reduzir o custo computacional. É considerado um robô móvel equipado com apenas um LRF, sem nenhuma informação de odometria. O alinhamento entre varreduras laser é otimizado fazendo o uso de Algoritmos Genéticos. Assim, podem-se construir mapas e ao mesmo tempo localizar o robô sem necessidade de odômetros ou outros sensores. Um simulador em Matlab é implementado para a geração de varreduras virtuais de um LRF em um ambiente 3D (virtual). A metodologia proposta é validada com os dados simulados, assim como com dados experimentais obtidos da literatura, demonstrando a possibilidade de construção de mapas 3D com apenas um sensor LRF. / [en] Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is one of the most widely researched areas of Robotics. It addresses the mobile robot problem of generating a map without prior knowledge of the environment, while keeping track of its position. Although technology offers increasingly accurate position sensors, even small measurement errors can accumulate and compromise the localization accuracy. This becomes evident when programming a robot to return to its original position after traveling a long distance, based only on its sensor readings. Thus, to improve SLAM s performance it is necessary to represent its formulation using probability theory. The Extended Kalman Filter SLAM (EKF-SLAM) is a basic solution and, despite its shortcomings, it is by far the most popular technique. Fast SLAM, on the other hand, solves some limitations of the EKFSLAM using an instance of the Rao-Blackwellized particle filter. Another successful solution is to use the DP-SLAM approach, which uses a grid representation and a hierarchical algorithm to build accurate 2D maps. All SLAM solutions require two types of sensor information: odometry and range measurement. Laser Range Finders (LRF) are popular range measurement sensors and, because of their accuracy, are well suited for odometry error correction. Furthermore, the odometer may even be eliminated from the system if multiple consecutive LRF scans are matched. This works presents a detailed implementation of these three SLAM solutions, focused on structured indoor environments. The implementation is able to map 2D environments, as well as 3D environments with planar terrain, such as in a typical indoor application. The 2D application is able to automatically generate a stochastic grid map. On the other hand, the 3D problem uses a point cloud representation of the map, instead of a 3D grid, to reduce the SLAM computational effort. The considered mobile robot only uses a single LRF, without any odometry information. A Genetic Algorithm is presented to optimize the matching of LRF scans taken at different instants. Such matching is able not only to map the environment but also localize the robot, without the need for odometers or other sensors. A simulation program is implemented in Matlab to generate virtual LRF readings of a mobile robot in a 3D environment. Both simulated readings and experimental data from the literature are independently used to validate the proposed methodology, automatically generating 3D maps using just a single LRF.

[pt] O Partial Digest Problem (problema de digestão parcial), também conhecido como o Turnpike Problem, consiste na construção de um conjunto de pontos na reta real dadas as distâncias não designadas entre todos os pares de pontos. Uma variante deste problema, chamada Min Distance Superset Problem (problema de superset de distância mínimo), lida com entradas incompletas em que algumas distâncias podem estar faltando. O objetivo deste problema é encontrar um conjunto mínimo de pontos na reta real, tal que as distâncias entre cada par de pontos contenham todas as distâncias de entrada. As principais contribuições deste trabalho são duas formulações de programação matemática diferentes para o Min Distance Superset Problem: uma formulação de programação quadrática e uma formulação de programação inteira. Mostramos como aplicar um método de cálculo direto de limites de valores de variáveis através de uma relaxação Lagrangeana da formulação quadrática. Também introduzimos duas abordagens diferentes para resolver a formulação inteira, ambas baseadas em buscas binárias na cardinalidade de uma solução ótima. A primeira baseia-se num subconjunto de variáveis de decisão, na tentativa de lidar com um problema de viabilidade mais simples, e o segundo é baseado na distribuição de distâncias entre possíveis pontos disponíveis. / [en] The Partial Digest Problem, also known as the Turnpike Problem, consists of building a set of points on the real line given their unlabeled pairwise distances. A variant of this problem, named Min Distance Superset Problem, deals with incomplete input in which distances may be missing. The goal is to find a minimal set of points on the real line such that the multiset of their pairwise distances is a superset of the input. The main contributions of this work are two different mathematical programming formulations for the Min Distance Superset Problem: a quadratic programming formulation and an integer programming formulation.We show how to apply direct computation methods for variable bounds on top of a Lagrangian relaxation of the quadratic formulation. We also introduce two approaches to solve the integer programming formulation, both based on binary searches on the cardinality of an optimal solution. One is based on a subset of decision variables, in an attempt to deal with a simpler feasibility problem, and the other is based on distributing available distances between possible points.

[pt] Os serviços ecossistêmicos (SE) são os benefícios que a sociedade obtém dos ecossistemas e que são fundamentais para o seu bem-estar. Para que este framework possa ser utilizado na tomada de decisão, o primeiro passo é o seu mapeamento. Esta dissertação mapeou qualitativamente o potencial de provisão de oito SE para a cidade do Rio de Janeiro – controle de inundações, manutenção da qualidade do ar, regulação climática, mitigação de tempestades e eventos extremos, beleza cênica, religião e espiritualidade, recreação e turismo, e saúde física e mental. O mapeamento foi realizado através de reclassificação de dados de uso e cobertura do solo, definição de SE prioritários e entrevistas com especialistas. O estudo constatou que houve aumento do percentual de área urbana e diminuição da provisão de cinco SE em todas as regiões da cidade. O estudo também mapeou a oferta e demanda de serviços ecossistêmicos culturais (SEC), com o objetivo de identificar a relação dos habitantes da cidade com os ecossistemas locais a partir da aplicação de questionário eletrônico. Verificou-se que os habitantes da Zona Sul e Zona Oeste frequentam, preferencialmente, áreas próximas aos bairros onde moram e, prioritariamente, praias. A Zona Norte é a região com maior percentual de área urbana (82 por cento) e menor oferta de áreas naturais. Apesar da cidade contar com uma enorme diversidade de ecossistemas, estes não estão distribuídos de maneira equânime no território e há diferenças significativas tanto na oferta de áreas naturais, quanto nas características socioeconômicas quando comparamos as cinco grandes Áreas de Planejamento municipais. / [en] Ecosystem services (ES) are the benefits that society obtains from ecosystems and are fundamental to human well-being. For this framework to be used in decision making, the first step is mapping ES. This study mapped the provision of eight ES for the city of Rio de Janeiro - flood control, air quality maintenance, climate regulation, mitigation of storms and extreme events, scenic beauty, religion and spirituality, recreation and tourism, and physical and mental health. Mapping was accomplished through reclassification of land use and land cover data, definition of priority ESs, and interviews with experts. The study found that there was an increase in the percentage of urban area and a decrease in the provision of five SEs in all regions of the city. The study also mapped the supply and demand of cultural ecosystem services (CES), to identifying the relationship of the city s inhabitants with local ecosystems through the application of an electronic questionnaire. It was found that the inhabitants of the South Zone and West Zone preferably frequent areas close to the neighborhoods and, as a priority, the beaches. The North Zone is the region with the highest percentage of urban area (82 percent) and the lowest offer of natural areas. Although the city has an enormous diversity of ecosystems, these are not equally distributed in the territory and there are significant differences both in the supply of natural areas and in socioeconomic characteristics when we compare the five large municipal Planning Areas.

[pt] A indústria offshore vive atualmente a quarta revolução industrial que traz novos desafios para a cadeia de suprimentos e exige a implementação de paradigmas clássicos como a filosofia Lean, a fim de aumentar a eficiência e aprimorar processos, obtendo vantagens competitivas sustentáveis que são requisitos base para a transformação digital. Entretanto, ainda é limitada a aplicação do Lean no setor de transporte rodoviário e há escassez de estudos práticos sobre como o Lean Transportation (LT) pode apoiar a melhoria das operações offshore. Dessa forma, objetiva-se aplicar técnicas do LT para reduzir desperdícios no processo de transporte dedicado destinados à cadeia de suprimentos offshore de uma empresa de grande porte do setor de óleo e gás. Para isso utilizou-se uma pesquisa-ação com abordagem multimétodo por meio de scoping review, grupos focais e observação participante e aplicação de ferramentas Lean como o Value Stream Mapping (VSM) para identificar desperdícios presentes no processo e possibilidades de melhoria competitiva para a área interna de logística da empresa em análise, permitindo uma logística de transporte planejada com nível de serviço adequado às necessidades do cliente. Como produto, observou-se a redução de desperdícios principalmente nas etapas de espera de carregamento e descarregamento em transporte rodoviário dedicado por meio de um caso de intervenção real, resultando na implementação de ações de controle, automatização e aprimoramento das atividades com redução expressiva do tempo de inatividade do processo, ganho monetário de 6.300.000,00 reais por ano para a operação e produtos como questionário de benchmarking, protocolo de pesquisa-ação e ciclo PDCA que podem ser aplicados em outras empresas do mesmo segmento. Também foram identificados, qualitativamente, desperdícios associados a esforço humano e recursos digitais mal-empregados ou não implementados. / [en] The offshore industry is currently experiencing the fourth industrial revolution that brings new challenges to the supply chain and requires the implementation of classical paradigms such as Lean philosophy in order to increase efficiency and improve processes, obtaining sustainable competitive advantages that are basic requirements for digital transformation. However, the application of Lean in the trucking industry is still limited and there is a dearth of practical studies on how Lean Transportation (LT) can support the improvement of offshore operations. Thus, the objective is to apply LT techniques to reduce waste in the dedicated transportation process for the offshore supply chain of a large oil and gas company. To do so, it was used action research with a multi-method approach through scoping review, focus groups and participant observation and application of Lean tools such as Value Stream Mapping (VSM) to identify waste present in the process and possibilities of competitive improvement for the internal logistics area of the company under analysis, allowing a planned transport logistics with a level of service appropriate to customer needs. As a result, there was a reduction in waste mainly in the waiting stages of loading and unloading in dedicated road transport through a real intervention case, resulting in the implementation of control actions, automation and improvement of activities with a significant reduction in downtime of the process, monetary gain of BRL 6,300,000.00 per year for the operation and products such as a benchmarking questionnaire, action research protocol and PDCA cycle that can be applied to other companies in the same segment. We also identified, qualitatively, waste associated with human effort and digital resources misused or not implemented.

[pt] Este trabalho aborda a questão da movimentação e acúmulo do lixo flutuante na Baía de Guanabara e contextualiza a problemática da poluição da Baía e seu entorno a partir de diversos temas inter-relacionados, como: o uso dos derivadores e a sua analogia com o lixo flutuante; a existência de projetos que têm ajudado no rastreamento do lixo flutuante na Baía a partir do mapeamento de correntes superficiais e ventos; o saneamento da bacia hidrográfica da Baía, a qualidade da água de seus afluentes e a análise da população que reside no seu entorno; o entendimento de uma visão mais humanista e ecológica no redesenho das cidades e também programas internacionais de revitalização de corpos d água degradados. Dentro deste contexto, são feitas reflexões e análises integradas a partir de uma modelagem da probabilidade de transporte de resíduos da Baía e da paisagem encontrada em seu entorno, através da utilização de produtos cartográficos. Tais análises consideram os dados levantados nos quatro mapas que são apresentados, de forma a prover uma visão mais ampla e integrada do espelho d água e também do entorno da Baía. O objetivo deste trabalho foi entender como o espaço territorial e a ocupação urbana do entorno da Baía podem impactar a poluição do espelho d água da Baía e por ela serem impactados de forma a contribuir com programas de despoluição. Foi feito então um recorte em quatro regiões e realizada uma análise integrada para cada, de forma a prover um melhor entendimento a partir da exemplificação. A análise integrada proporciona uma visão mais abrangente da questão da poluição, auxiliando os gestores dos programas de despoluição a encontrarem relevantes informações para priorizar as ações a serem tomadas. / [en] This work approaches the issue of the movement and accumulation of floating litter in the Guanabara Bay, in Rio de Janeiro, Brazil. It contextualizes the problem of the pollution in the Bay and surroundings, and it does so from several different interrelated issues, such as the use of ocean drifters and their analogy with the floating litter; the existence of projects that have been helping in the tracking of the floating litter in the Bay from the mapping of the surface currents and the winds; the sanitation efforts in the hydrographic basin of the Bay; the quality of the water in the rivers that debouch into the Bay and a better understanding of the population that live in the area; the necessity of a more humanistic and ecological view in the planning of those cities; and also international programs to revitalize degraded water bodies. One of the objectives of this dissertation is to understand how the territorial space and the urban occupation of the Bay s surroundings can impact the pollution in the Bay and be impacted by that pollution. So the entire region was divided in four areas and an integrated analysis was made for each area so that a better understanding could be provided by exemplification. Such integrated analysis provides a more comprehensive view of the pollution problem and helps the depollution program officers to find relevant information and better prioritize actions. The Guanabara Bay plays a strategic role not only around the towns and cities that are part of its hydrographic basins, but in the whole state of Rio de Janeiro and also the entire country. It is one of the most important marine ecosystems from the social, economic and environmental points of view. It is located in the Rio de Janeiro city metropolitan area, with the Brazilian coast s largest population concentration (about 10 million people, or 80 percent of the state s population). A national security area, the Bay shelters two naval bases, one navy shipyard, the Rio de Janeiro Port (the second largest in the country, with more than 2 thousand ship moorings annually), two airports (Antonio Carlos Jobim, and Santos Dumont), and other shipyards and marinas. The Guanabara Bay is also way for innumerous cargo and passenger ferryboats, fishing boats, and other boats for leisure and tourism. The water in the Bay is also used for water sports and aquaculture (fish farming). (KJERFVE, 1997; BERGAMO, 2006 apud CARVALHO, 2011).

[pt] O crescente interesse por imitar o modelo que rege o processo cotidiano de comunicação humana através de maquinas tem se convertido em uma das áreas do conhecimento mais pesquisadas e de grande importância nas ultimas décadas. Esta área da tecnologia, conhecida como reconhecimento de voz, em como principal desafio desenvolver sistemas robustos que diminuam o ruído aditivo dos ambientes de onde o sinal de voz é adquirido, antes de que se esse sinal alimente os reconhecedores de voz. Por esta razão, este trabalho apresenta quatro formas diferentes de melhorar o desempenho do reconhecimento de voz contınua na presença de ruído aditivo, a saber: Wavelet Denoising e Subtração Espectral, para realce de fala e Mapeamento de Histogramas e Filtro com Redes Neurais, para compensação de atributos. Esses métodos são aplicados isoladamente e simultaneamente, afim de minimizar os desajustes causados pela inserção de ruído no sinal de voz. Alem dos métodos de robustez propostos, e devido ao fato de que os e conhecedores de voz dependem basicamente dos atributos de voz utilizados, examinam-se dois algoritmos de extração de atributos, MFCC e PNCC, através dos quais se representa o sinal de voz como uma sequência de vetores que contêm informação espectral de curtos períodos de tempo. Os métodos considerados são avaliados através de experimentos usando os software HTK e Matlab, e as bases de dados TIMIT (de vozes) e NOISEX-92 (de ruído). Finalmente, para obter os resultados experimentais, realizam-se dois tipos de testes. No primeiro caso, é avaliado um sistema de referência baseado unicamente em atributos MFCC e PNCC, mostrando como o sinal é fortemente degradado quando as razões sinal-ruıdo são menores. No segundo caso, o sistema de referência é combinado com os métodos de robustez aqui propostos, analisando-se comparativamente os resultados dos métodos quando agem isolada e simultaneamente. Constata-se que a mistura simultânea dos métodos nem sempre é mais atraente. Porem, em geral o melhor resultado é obtido combinando-se MAP com atributos PNCC. / [en] The increasing interest in imitating the model that controls the daily process of human communication trough machines has become one of the most researched areas of knowledge and of great importance in recent decades. This technological area known as voice recognition has as a main challenge to develop robust systems that reduce the noisy additive environment where the signal voice was acquired. For this reason, this work presents four different ways to improve the performance of continuous speech recognition in presence of additive noise, known as Wavelet Denoising and Spectral Subtraction for enhancement of voice, and Mapping of Histograms and Filter with Neural Networks to compensate for attributes. These methods are applied separately and simultaneously two by two, in order to minimize the imbalances caused by the inclusion of noise in voice signal. In addition to the proposed methods of robustness and due to the fact that voice recognizers depend mainly on the attributes voice used, two algorithms are examined for extracting attributes, MFCC, and PNCC, through which represents the voice signal as a sequence of vectors that contain spectral information for short periods of time. The considered methods are evaluated by experiments using the HTK and Matlab software, and databases of TIMIT (voice) and Noisex-92 (noise). Finally, for the experimental results, two types of tests were carried out. In the first case a reference system was assessed based on MFCC and PNCC attributes, only showing how the signal degrades strongly when signal-noise ratios are higher. In the second case, the reference system is combined with robustness methods proposed here, comparatively analyzing the results of the methods when they act alone and simultaneously. It is noted that simultaneous mix of methods is not always more attractive. However, in general, the best result is achieved by the combination of MAP with PNCC attributes.

[pt] A compreensão dos atuais processos produtivos é essencial neste momento em que o conhecimento tornou-se um importante gerador de valor. Uma visão holística dos conhecimentos que estão disseminados, de forma dispersa, entre profissionais, consultores e acadêmicos é necessária para a síntese de novas teorias da produção. Pesquisadores de gerência de operações freqüentemente usam mapeamento causal como um mecanismo para construir e comunicar teorias, particularmente em suporte à pesquisa empírica. As abordagens mais usuais para capturar dados cognitivos para um mapa causal são brainstorming e entrevistas, os quais exigem muito tempo e apresentam um significativo custo em sua implementação. Esta tese visa gerar uma metodologia (Metodologia Evocativa para Mapeamento Causal - ECMM) voltada para aplicação em pesquisa sobre gerência de operações para coletar e estruturar dados disseminados de forma desagregada, como conhecimento e experiência profissional e acadêmica, contidos nas opiniões de um grande número de especialistas dispersos demograficamente e geograficamente. Isto é alcançado evocando opiniões, codificando-as em variáveis e reduzindo o grupo em conceitos e relações. Tem-se uma especial preocupação em conseguir este objetivo em tempo factível e com baixo custo. A coleta de dados é assíncrona, via Internet, possui dois ou três turnos (à semelhança do método Delfos). A análise de dados usa codificação, técnica de grupamento hierárquica e escalamento multidimensional para identificar conceitos na forma de mapas cognitivos. A ECMM foi ilustrada com aplicações que demonstram sua viabilidade. Aplicou-se nas áreas de gestão da cadeia de suprimento (SCM) e administração de serviços (SM) com a participação de aproximadamente 1.300 respondentes de empresas e universidades de quase 100 países. Dentre os desdobramentos para pesquisas futuras propõe-se aplicar nas áreas de ECMM em SCM e SM visando a uni-las em um tema: gestão da cadeia de suprimento de serviços. / [en] The understanding of the present productive processes is essential at this moment when knowledge became an important value creator. A holistic vision of the pieces of knowledge that are spread out and dispersed among practitioners, consultants and academics is necessary for the synthesis of new theories of production. Operations management researchers often use causal mapping as a key tool for building and communicating theory, particularly in support of empirical research. The widely accepted approaches for capturing cognitive data for a causal map are informal brainstorming and interviews, which require a time- consuming and significant cost of implementation. This dissertation aims at creating a methodology (Evocative Causal Mapping Methodology - ECMM) intended for use in operations management research for collecting and structuring dispersed data spread out as practical and research knowledge, and experience contained in the opinions of a large number of specialists demographically and geographically scattered. This is accomplished by evoking opinions, encoding them into variables and reducing the resulting set to concepts and relationships. A special concern is to achieve this goal in a feasible time and cost- efficient way. ECMM consists of two or three round, Delphi- like, Internet-based asynchronous data collection, and a data analysis that uses a coding panel of experts, hierarchical cluster analysis and multidimensional scaling for identifying concepts on cognitive map formats. Applications illustrate ECMM and demonstrate its feasibility. They were developed on supply chain management (SCM) and service management (SM) involving about 1,300 respondents of companies and universities of about 100 countries. Among possible unfolding future studies, this dissertation proposes to apply ECMM in SCM and SM aiming at unifying them into a single topic: service supply chain management.

[pt] A comunicação por fibras ópticas utiliza diversos modelos herdados dos sistemas de telecomunicações tradicionais. Recentemente, a necessidade de maior controle sobre o fluxo de dados tem atraído muita atenção para as vantagens da comunicação óptica adaptativa. Num sistema de comunicação adaptativo, o fluxo de dados pode ser alterado em função de variações na qualidade do canal ou simplesmente pela necessidade de racionalizar a utilização dos recursos disponíveis. A interoperação entre redes pressiona pela necessidade de uma rede elástica e a expectativa é que este tipo de rede permita o controle sobre vários níveis da estrutura de comunicação. Nesta tese, a análise deste tema se concentra na camada física da rede óptica, em que a elasticidade pode ser obtida através de diferentes técnicas de modulação e multiplexação. A camada física de uma rede óptica adaptativa deve responder a variações e restrições do meio de transmissão. O consumo de energia, por exemplo, é um requisito cada vez mais presente nos projetos das redes de comunicação e a relevância deste requisito tende a aumentar na medida em que as redes ópticas aumentam sua capilaridade. O principal objetivo desta tese é analisar uma solução de comunicação óptica adaptativa que atenda aos requisitos básicos de uma rede elástica. O sistema de comunicação em análise é baseado em modulações realizadas no espaço de sinais de quatro dimensões, também conhecidas como modulações 4D. A perspectiva adotada privilegia a polarização da portadora óptica. A vantagem em adotar esta perspectiva, reside no fato de que ela permite a construção de modulações multidimensionais utilizando os fibrados de Hopf. Conforme será observado, o uso dos fibrados de Hopf em conjunto com o conceito matemático denominado vértice embutido de politopos, potencializa as soluções de engenharia para o problema da comunicação óptica adaptativa. / [en] Fiber-optic communications use several models inherited from traditional telecommunications systems. Recently, the need to improve the control over the data flow has attracted attention to the advantages of adaptive optical communication. In adaptive systems, the data flow can be altered due to changes in the channel quality or simply to rationalize the use of available resources. Interoperation between networks further presses on the need for an elastic network and the expectation is that this type of network will allow control over various levels of the communication structure. In this thesis, the analysis of this theme focuses on the physical layer of the optical network, where elasticity can be obtained through different modulation and multiplexing techniques. The physical layer of an adaptive optical network must respond to variations and restrictions of the transmission medium. Energy consumption, for example, is a requirement that is increasingly present in communication network projects and the relevance of this requirement tends to increase as optical networks expands in capillarity. The main objective of this thesis is to analyze an adaptive optical communication solution that meets the basic requirements of an elastic network. The communication system under analysis is based on the four-dimensional signal space modulations, also known as 4D modulations. The perspective adopted favors the polarization of the optical carrier. The advantage in adopting this perspective resides in the fact that it allows the construction of multidimensional modulations using Hopf bundles. As will be observed, the use of Hopf bundles in conjunction with the mathematical concept called embedded vertex polytopes, improves the engineering solutions to the problem of adaptive optical communication.