Αντικείμενο της παρούσας διατριβής υπήρξε αφενός η μελέτη και η αξιολόγηση των υπαρχόντων τεχνικών και αφετέρου ο σχεδιασμός, η υλοποίηση και η αποτίμηση νέων τεχνικών και μηχανικών για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος με τη βέλτιστη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων. / The objective of this dissertation was on the one hand the study and analysis of existing techniques and algorithms for large-scale DVEs and on the other hand the design, implementation and assessment of new techniques, methods and algorithms that can ensure the quality of the provided services and the efficient operation of the system. The algorithms and techniques developed were analysed and evaluated through extensive experiments both for identifying possible weaknesses and for highlighting the applications that can achieve optimum results. More specifically, two approaches have been designed and developed. The first approach is related to the design and development of a partitioning algorithm, that, in contrary to existing approaches, exploits the special characteristic of the virtual world and the impact those characteristics have on users’ behavior in order to predict the needs of the environment, in terms of resources, before they are required. The second approach is related to the design and development of a dynamic management approach that exploits the dynamic nature of DVEs in order to perform load balancing and to ensure performance optimization. During the elaboration of this dissertation, we found out that one of the basic problems when designing and implementing algorithms, methods and techniques for large-scale DVEs is the way that their efficiency could be examined. In most of the cases, the evaluation is based on theoretical models, which often fail to meet the circumstances and situations met in real DVEs. In particular, for supporting largescale DVEs, extended infrastructure is needed in terms of both hardware and software. Due to the fact that both researchers and application designers do not always have access to such extended infrastructure, the assessment and evaluation of developed techniques are extremely difficult. In most of the cases, both application designers and researchers adopt specialized methods for evaluating different techniques, while in other cases simulation tools have been developed from scratch. However, given the fact that the design and implementation is application or technique-specific, the reusability of these tools for different architectures and algorithms is not always successful. To this direction and for overcoming this important limitation, a simulation modeling framework for assessing DVEs performance was designed and implemented. The framework takes into account a number of both generic and special-cause parameters, which can be set on demand by the DVE designers and stake-holders and it is based on transforming system requirements to the concepts of operational management.

Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων με ιδιαίτερη έμφαση στις ακτινικές ταλαντώσεις τους. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο υπολογισμός των συχνοτήτων των ακτινικών ταλαντώσεων των αστέρων νετρονίων. Στο πρώτο, κεφάλαιο κάνουμε μία μικρή εισαγωγή για τους αστέρες νετρονίων και τους ταχέως περιστρεφόμενους αστέρες νετρονίων (pulsars) καθώς και για τον ρόλο, που διαδραματίζουν αυτοί και τα διπλά συστήματα που σχηματίζουν, στην σύγχρονη Αστροφυσική. Ακόμα αναφερόμαστε στην εσωτερική δομή των αστέρων νετρονίων και σε κάποιες από τις καταστατικές εξισώσεις, που μπορεί να περιγράφουν την ύλη στο εσωτερικό του, δίνοντας έμφαση στην πολυτροπική καταστατική εξίσωση την οποία και υιοθετούμε στην παρούσα εργασία. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παραθέτουμε τις εξισώσεις Oppenheimer–Volkoff(OV) που περιγράφουν την ισορροπία ενός αδιατάρακτου αστέρα νετρονίων. Στη συνέ- χεια, θεωρώντας τις ακτινικές ταλαντώσεις 1) ως απειροστού πλάτους αδιαβατικές ταλαντώσεις που διατηρούν τον βαρυονικό αριθμό και 2) ως αποτέλεσμα της αργής περιστροφής του αστέρα, καταλήγουμε σε μία δεύτερης τάξης διαφορική εξίσωση που διέπει τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων. Η εξί- σωση αυτή γράφεται στη μορφή Sturm– Liouville. Επιπροσθέτως, συνεχίζουμε παραθέτοντας τον διορθωτικό όρο, λόγω περιστροφής, για την τιμή της συχνότη- τας και τις εξισώσεις που διέπουν τις μη ακτινικές ταλαντώσεις. Τέλος κλείνουμε το κεφάλαιο αυτό με μία ανάλυση των διαφόρων τρόπων ταλάντωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο, αρχικά επιλύουμε, με τη χρήση ενός πρωτότυπου επα- ναληπτικού αλγορίθμου, το σύστημα διαφορικών εξισώσεων OV για την εύρεση των φυσικών παραμέτρων του αστέρα. Στη συνέχεια, αφού αρχικά αναλύσουμε τις βασικότερες μεθόδους επίλυσης της διαφορικής εξίσωσης των ακτινικών ταλα- ντώσεων, που εμφανίζονται στην βιβλιογραφία, μετατρέπουμε τη μορφή Sturm– Liouville σε ένα σύστημα δύο διαφορικών εξισώσεων πρώτης τάξης, το οποίο επιλύουμε με την βοήθεια της μεθόδου σκόπευσης (shooting method). Στη βιβλιογραφία, υπάρχουν δύο διαφορετικές τάσεις αντιμετώπισης της πο- λυτροπικής καταστατικής εξίσωσης, ανάλογα με το αν στην θέση της πυκνότητας εισέρχεται η πυκνότητα μάζας ηρεμίας ή η πυκνότητα της ολικής μάζας–ενέργειας. Ακόμα, δύο είναι και οι διαφορετικοί τρόποι αντιμετώπισης του αδιαβατικού δεί- κτη, ο οποίος εισέρχεται στην εξίσωση που περιγράφει τις ακτινικές ταλαντώσεις, ανάλογα με το αν είναι σταθερός ή μεταβάλλεται. Από τις τέσσερις αυτές βασικές υποθέσεις για την πολυτροπική καταστατική εξίσωση και τον αδιαβατικό δείκτη, προκύπτουν τέσσερα διαφορετικά πρωτότυπα μοντέλα για τις ακτινικές ταλαντώ- σεις, τα οποία και επιλύουμε. Στο τελευταίο κεφάλαιο, υπολογίζουμε και παρουσιάζουμε τις τρεις πρώτες συχνότητες των τεσσάρων πρωτότυπων μοντέλων για τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων για τρεις διαφορετικές τιμές του πολυτροπικού δείκτη και αναλύουμε τις αριθμητικές μεθόδους, τις οποίες χρησιμοποιούμε, καθώς και τις αντίστοιχες υπορουτίνες της βιβλιοθήκης SLATEC. Εν κατακλείδι, τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου επαναληπτικού αλγορίθμου για την εύρεση της ακτίνας του αστέρα με μεγάλη ακρίβεια και η παρουσίαση αποτελεσμάτων για τέσσερα πρωτότυπα μοντέλα που περιγράφουν τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων. / In the present Thesis we study the oscillations of neutron stars emphasizing on the radial oscillations. The Thesis is organized in four chapters. In the first chapter, we introduce the theoretical background of neutron stars and pulsars. We then discuss the importance of the role that the binary neutron stars play in modern Astrophysics. Next, we refer to the structure of these stars and introduce some of the equations of state (EOS) which try to describe the matter occupying the inner layers of neutron stars, emphasizing on the polytropic EOS which is adopted here. In the second chapter we, first introduce the Oppenheimer–Volkoff (OV) system of differential equations, describing the hydrostatic equilibrium of a non rotating, non pulsating neutron star, and considering the radial oscillations 1) as infinitesimal, baryon-number conserving, adiabatic oscillations 2) as the result of the slow rotation of the neutron star, we derive the second order differential equation governing the radial oscillations of a neutron star. We then rewrite this equation in the Sturm–Liouville form. The expression of the change of frequency of the radial oscillations due to slow rotation and the equations of state is obtained. Finally, we conclude this chapter with a mode analysis of oscillations of neutron stars in general. In the third chapter, we first solve the OV system of differential equations, implementing an original iterative algorithm, and thus calculate the physical parameters of the star. Next, some of the methods used for solving the equations describing the radial oscillations are discussed. Finally, we transform the Sturme–Liouville form to a set of two first order differential equations, which are computed by implementation of the shooting method. In the bibliography, the polytropic EOS is considered in two different ways, depending on which density (rest mass or total mass–energy) is involved in the polytropic EOS. In a similar manner, we have two different ways for considering the adiabatic exponent which enters the equation describing the radial oscillations (constant or variable). Considering these four different assumptions for the polytropic EOS and the adiabatic exponent, we construct four different models of pulsating neutron stars. In the final chapter, we compute and present the first three frequencies of each basic model concerning radial oscillations of neutron stars for three values of the polyropic index. We discuss the numerical methods implemented here and the involved subroutines, which can be found in the SLATEC Library. The main issues of the present Thesis are the development of an iterative algorithm for accurately computing the radius of the star and the computation of the frequencies for the four basic models describing th radial oscillations of neutron stars.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τις πιθανές εφαρμογές των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ) στο επιστημονικό πεδίο της περιβαλλοντικής υδρογεωλογίας. Ως περιοχή έρευνας για την εφαρμογή των μεθόδων αυτών οριοθετείται το ΒΑ τμήμα του νομού Κορινθίας που περιλαμβάνει της λεκάνες απορροής Ξεριά, Ράχιανης, Ζαπάντη και Ασωπού. Η γεωλογική δομή της ευρύτερης περιοχής έρευνας περιλαμβάνει σχηματισμούς τόσο του Προνεογενούς υποβάθρου όσο και μεταλπικούς χερσαίους, λιμνοθαλάσσιους και θαλάσσιους σχηματισμούς. Το κυρίαρχο από γεωμορφολογικής και γεωτεκτονικής άποψης στοιχείο στην ευρύτερη περιοχή έρευνας αποτελεί ο Κορινθιακός κόλπος ο οποίος είναι ένα ευρύ τεκτονικό βύθισμα με υψηλούς ρυθμούς απομάκρυνσης, μεταξύ των δυο τεμαχών, της Πελοποννήσου και της στερεάς Ελλάδας, αποτέλεσμα της εφελκυστικής τεκτονικής που επέδρασε και συνεχίζει να επιδρά στην ευρύτερη περιοχή μετά το τέλος των αλπικών πτυχώσεων κατά το Μέσο Μειόκαινο. Το προνεογενές υπόβαθρο της περιοχής έρευνας δομείτε από τις γεωτεκτονικές ζώνες της Υποπελαγονικής, της ζώνης Γαβρόβου-Τριπόλεως και της ζώνης Πίνδου οι οποίες εμφανίζονται σε μικρά τμήματα στο ΝΑ και ΝΔ άκρο της περιοχής έρευνας. Τα ιζήματα του Τεταρτογενούς αποτελούνται από ποταμοχερσαία αλουβιακά ριπίδια και παράκτια λιμνοθαλάσσια κροκαλοπαγή στα νότια, λιμνοθαλάσσια δελταϊκά κροκαλοπαγή τύπου Gilbert και λιμνοθαλάσσιες μάργες στο κέντρο και τέλος λιμνοθαλάσσιες μάργες και θαλάσσιες αναβαθμίδες από μάργες, ψαμμίτες και κροκαλοπαγή στο βορειότερο παράκτιο τμήμα. Η νεοτεκτονική της περιοχής έρευνας χαρακτηρίζεται από τις έντονες εφελκυστικές τάσεις που είναι υπεύθυνες για την δημιουργία της Κορινθιακής τάφρου και των πολυάριθμων κανονικών και πλαγιοκανονικών ρηγμάτων παράλληλα και κάθετα προς τον άξονα της τάφρου. Μεγάλο ποσοστό των ρηγμάτων αυτών είναι ενεργά και υπεύθυνα για την γένεση σεισμών μεσαίου και μεγάλου μεγέθους κατά τους ιστορικούς χρόνους. Το ανάγλυφο της περιοχής έρευνας χαρακτηρίζεται από τρεις μεγάλες πεδινές ενότητες, την παράκτια περιοχή μεταξύ Κορίνθου και Κιάτου γνωστή και ως κάμπος της Βόχας, την περιοχή Αγίου Βασιλείου – Σπαθοβουνίου και την πεδινή περιοχή Νεμέας. Το υπόλοιπο της περιοχής έρευνας μπορεί να χαρακτηρισθεί ως λοφώδες-ημιορεινό με μέτριες κλίσεις πρανών και ομαλές απολήξεις κορυφογραμμών με εξαίρεση το ΝΔ και ΝΑ άκρο της περιοχής όπου η επικράτηση των ανθρακικών σχηματισμών του προνεογενούς υποβάθρου δημιουργεί ορεινό ανάγλυφο με μεγάλες κλίσεις πρανών βαθιές χαραδρώσεις και οξύληκτες κορυφογραμμές. Η μορφομετρική ανάλυση καταδεικνύει ότι οι λεκάνες της περιοχής έρευνας αναμένεται να παρουσιάζουν υδρογραφήματα «βραδείας απορροής» και χαμηλό δυναμικό εκδήλωσης πλημμυρών. Οι λεκάνες των Ζαπάντη, Ελλισώνα και Σέλιανδρου είναι αυτές που ο συνδυασμός μορφομετρικών χαρακτηριστικών καθιστούν πιο επιδεκτικές στην εκδήλωση «ταχείας απορροής» και «αστραπιαίων» πλημμυρικών επεισοδίων. Από υδρογεωλογικής άποψης στην περιοχή αναπτύσσονται μια σειρά από υδροφόρα συστήματα καθώς και πρακτικά στεγανοί σχηματισμοί. Για την διερεύνηση της κίνησης του υπόγειου νερού στα υδροφόρα συστήματα αυτά εφαρμόστηκαν έξι διαφορετικές μέθοδοι χωρικής παρεμβολής και διαπιστώθηκε πώς η επιλογή μεθόδου, επηρεάζει καθοριστικά το τελικό αποτέλεσμα. Τα κριτήρια για την αξιολόγηση κάθε μεθόδου ήταν αφενός το κατά πόσο η επιφάνεια που προκύπτει δεν αλλοιώνει τις φυσικές ιδιότητες που πρέπει να έχει μια πιεζομετρική επιφάνεια (μικρές υδραυλικές κλίσεις, συμφωνία με την τοπογραφία κ.τ.λ.) και αφετέρου μια σειρά από στατιστικούς δείκτες σφάλματος που εκφράζουν ποσοτικά την συμφωνία της παραγόμενης επιφάνειας με τις υφιστάμενες τιμές στα σημεία μέτρησης. Συνδυάζοντας τις ανωτέρω παρατηρήσεις καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι, η πλέον ενδεικνυόμενη μέθοδος για την δημιουργία κατανομής στάθμης με την διαδικασία της χωρικής παρεμβολής, για περιπτώσεις ευρύτερων περιοχών με εναλλαγές υδροφόρων και πρακτικά μη υδροφόρων σχηματισμών και γενικά ανομοιογένεια στα υδραυλικά χαρακτηριστικά είναι η μέθοδος Ordinary Cokriging με απομάκρυνση των τάσεων (trend remove). Σχετικά με την υπερετήσια μεταβολή της στάθμης του υπόγειου νερού, όπως προκύπτει από την σύγκριση των επιφανειών στάθμης μεταξύ των περιόδων 5/2003 και 10/2004 στους προσχωματικούς υδροφόρους, εκτός του παράκτιου τμήματος του υδροφόρου της Βόχας, παρατηρούμε μια άνοδο του επιπέδου στάθμης που κυμαίνεται από 1 έως και 10 μέτρα ενώ στους υδροφόρους των κροκαλοπαγών αλλά και του υπό πίεση ορίζοντα που αναπτύσσεται εντός του σχηματισμού των μαργών παρατηρούμε μια μικρή πτώση που κυμαίνεται από 1 έως και 10 μέτρα. Η διαφοροποίηση αυτή μπορεί να αποδοθεί στο ότι οι αβαθείς προσχωματικοί υδροφόροι έχουν ταχύτερη επαναπλήρωση σε σχέση με τους βαθύτερους ελεύθερους ή υπό πίεση ορίζοντες και επηρεάζονται από το υδρολογικό ισοζύγιο μόνο του τρέχοντος υδρολογικού έτους ενώ οι βαθύτεροι υδροφόροι ορίζοντες επηρεάζονται από παραπάνω από ένα υδρολογικά έτη. Η αντίστοιχη εικόνα για τις περιόδους 10/2004 και 10/2005 είναι σχεδόν αντεστραμμένη με την άνοδο της στάθμης να παρατηρείται τόσο στους βαθύτερους υδροφόρους όσο και στο παράκτιο τμήμα του προσχωματικού υδροφόρου της Βόχας, ενώ πτώση στάθμης παρατηρείται στους υπόλοιπους προσχωματικούς υδροφόρους. Η επανάληψη της διαφοροποίησης μεταξύ προσχωματικών και βαθύτερων υδροφόρων ενισχύει την άποψη ότι επηρεάζονται με διαφορετική χρονική υστέρηση από το υδρολογικό ισοζύγιο. Με βάση κυρίως την υδρολιθολογική κατάταξη των σχηματισμών αλλά και την χωρική τους κατανομή όπως αποτυπώνεται στον υδρογεωλογικό χάρτη αλλά επιπρόσθετα με βάση πληροφορίες από τις τομές των γεωτρήσεων που απογράφτηκαν αλλά και από την κατανομή της στάθμης του υπόγειου νερού καταλήγουμε στην οριοθέτηση των υδρογεωλογικών ενοτήτων για την περιοχή έρευνας. Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα στοιχεία οριοθετούνται πέντε κοκκώδη υδροφόρα συστήματα, και δύο καρστικά υδροφόρα συστήματα στα νότια όρια της περιοχής έρευνας. Και τα δύο καρστικά υδροφόρα συστήματα αναπτύσσονται τμηματικά στην περιοχή έρευνας με το μεγαλύτερο τμήμα τους να βρίσκεται εκτός περιοχής. Για το λόγο αυτό δεν ερευνήθηκαν διεξοδικά στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής. Το χαρακτηριστικό που εξετάστηκε σε αυτά τα συστήματα ήταν ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρούν με τα υπόλοιπα υδροφόρα συστήματα αλλά και ο τρόπος που επηρεάζουν τα υδρολογικά ισοζύγια των λεκανών απορροής της περιοχής έρευνας. Από τα πέντε κοκκώδη υδροφόρα συστήματα τα τρία (Βόχας, Αγίου Βασιλείου και Νεμέας) αναπτύσσονται εξ ολοκλήρου στην περιοχή έρευνας και περιλαμβάνουν κυρίως αβαθείς προσχωματικούς υδροφόρους οι οποίοι αναπτύσσουν ενιαία ή και επάλληλη υδροφορία με βαθύτερους υδροφόρους ορίζοντες των Πλειο-Πλειστοκαινικών ιζημάτων. Τα υπόλοιπα δύο κοκκώδη συστήματα (Αηδονίων-Πετρίου και Κρυονερίου-Βάλτου) αναπτύσσονται εντός των κροκαλοπαγών του Πλειστοκαίνου (Καλάβρια κροκαλοπαγή) και παρά το γεγονός ότι περιλαμβάνονται τμηματικά στην περιοχή έρευνας ερευνήθηκαν διεξοδικά διότι παίζουν καθοριστικό ρόλο στην υδροοικονομία της περιοχής έρευνας εντός της οποίας εκφορτίζονται μέσω υψηλής δυναμικότητας πηγών επαφής με τις υποκείμενες μάργες του Πλειοκαίνου. Οι αποδοτικότεροι υδροφόροι στην περιοχή έρευνας είναι εκείνοι των κροκαλοπαγών ενώ οι υδροφόροι που αναπτύσσονται στα υδροφόρα συστήματα Βόχας, Νεμέας και Αγίου Βασιλείου-Σπαθοβουνίου παρουσιάζουν κυμαινόμενη απόδοση με γενικά μέσες έως χαμηλές αποδόσεις. Τέλος διαπιστώνεται ότι η υδροφορία που αναπτύσσεται εντός του σχηματισμού των μαργών είναι χαμηλής απόδοσης χωρίς ιδιαίτερη πρακτική σημασία. Η ανάπτυξη των καλλιεργειών στην περιοχή έρευνας επιφέρει σημαντικές πιέσεις στους υδατικούς πόρους τόσο στο ποσοτικό κομμάτι λόγω των αυξημένων αρδευτικών αναγκών όσο και στο ποιοτικό κομμάτι λόγω της διάχυτης μόλυνσης που καταλήγει στους υδατικούς πόρους από τις καλλιεργητικές πρακτικές (λιπάσματα, φυτοφάρμακα). Οι διάφοροι υδροφόροι της περιοχής έρευνας παρουσιάζουν σημαντικές υδροχημικές διαφοροποιήσεις οι οποίες εντοπίζονται τόσο από την κατανομή τους στο διάγραμμα Piper όσο και από τους διάφορους συσχετισμούς μεταξύ των υδροχημικών παραμέτρων όπως για παράδειγμα η σχέση αλκαλικότητας – ασβεστίου, αλκαλικότητας-συγκέντρωσης σπάνιων γαιών και Eh–pH, αλλά και στους στατιστικούς δείκτες υδροχημικών παραμέτρων όπως η αλκαλικότητα, η αγωγιμότητα, τα θειικά και νιτρικά ιόντα και η συγκέντρωση βαρέων μετάλλων. Οι διαφοροποιήσεις αυτές οφείλονται στην διαφορετική σύσταση του σκελετού των υδροφόρων, στην διαφορά του χρόνου παραμονής του υπόγειου νερού εντός των υδροφόρων, των οξειδοαναγωγικών συνθηκών και άλλων παραγόντων οι οποίες βέβαια ομαλοποιούνται στις περιπτώσεις που υφίσταται υδραυλική επικοινωνία μεταξύ των υδροφόρων. Όπως προκύπτει από την μελέτη της κατανομής του pH, όξινες συνθήκες επικρατούν σχεδόν στο σύνολο του παράκτιου προσχωματικού υδροφόρου συστήματος της Βόχας με επίκεντρο τις περιοχές Βέλου και Άσσου-Λεχαίου, ενώ αλκαλικές συνθήκες επικρατούν στα υδροφόρα συστήματα των κροκαλοπαγών αλλά και στην περιοχή Ισθμίων-Εξαμιλλίων-Αρχαίας Κορίνθου στον βαθύτερο υδροφόρο ορίζοντα που αναπτύσσεται στην περιοχή. Αντίστοιχα από την κατανομή του δυναμικού οξειδοαναγωγής προκύπτει ότι οξειδωτικές συνθήκες επικρατούν στο μεγαλύτερο τμήμα της περιοχής έρευνας με εξαίρεση το τμήμα Βραχατίου-Κοκκωνίου-Ευαγγελίστριας στον προσχωματικό υδροφόρο της Βόχας το τμήμα Πάσιου-Λαλιώτη-Σικυώνος καθώς και μεγάλα τμήματα των υδροφόρων που αναπτύσσονται στον σχηματισμό των μαργών. Από την μελέτη των κατανομών των ενώσεων αζώτου στο υπόγειο νερό, διαπιστώνεται μια ευρεία ρύπανση του υπόγειου νερού από νιτρικά ιόντα κυρίως στο παράκτιο υδροφόρο σύστημα της Βόχας με εξαίρεση την περιοχή μεταξύ Βραχατίου-Κοκκωνίου-Νεράτζας αλλά και σε ολόκληρη την ζώνη μεταξύ Εξαμιλίων-Σολωμού-Σπαθοβουνίου-Αγίου Βασιλείου τόσο στους ελεύθερους όσο και στους βαθύτερους υπό πίεση υδροφόρους ορίζοντες. Όπως φαίνεται από την κατανομή των παραμέτρων που σχετίζονται με υφαλμύρινση, επέκταση του μετώπου υφαλμύρινσης φαίνεται να έχουμε στον άξονα μεταξύ Άσσου και Σπαθοβουνίου και μάλιστα σε μεγάλη απόσταση από την ακτογραμμή. Η παρατήρηση αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι γεωτρήσεις μεγάλου βάθους στην περιοχή του Σπαθοβουνίου έχουν εγκαταλειφθεί λόγω υφαλμύρινσης. Αντίστοιχα υποχώρηση του μετώπου υφαλμύρινσης, φαίνεται να έχουμε στην περιοχή Ισθμίων-Εξαμιλλίων. Όπως λοιπόν διαπιστώνουμε, από την ταυτόχρονη παρατήρηση και μελέτη της κατανομής των χλωριόντων, της πιεζομετρίας και των υδροχημικών τύπων του υπόγειου νερού, στην περιοχή έρευνας εντοπίζονται έντονα προβλήματα υφαλμύρινσης, τα οποία αναπτύσσονται κυρίως κατά μήκος άξονα που προαναφέρθηκε. Στην υπόλοιπη παράκτια ζώνη αν και οι συνθήκες άντλησης δεν διαφοροποιούνται έχουμε περιορισμένες ενδείξεις υφαλμύρινσης γεγονός που μπορεί να αποδοθεί τόσο στην καλή τροφοδοσία και επαναπλήρωση των υδροφόρων όσο και στην σχετική ανύψωση του λεπτομερούς σχηματισμού των μαργών ο οποίος λειτουργεί ως φυσικό φράγμα προς την διείσδυση του θαλασσινού νερού. Οι προσχωματικοί υδροφόροι της περιοχής έρευνας παρουσιάζουν την μεγαλύτερη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις οι τιμές είναι τόσο υψηλές που παραπέμπουν σε μόλυνση του υδροφόρου από σημειακή πηγές ή σε επίδραση από υδροθερμικά ρευστά. Στο πλαίσιο διερεύνησης των υδρογεωλογικών και υδροχημικών διεργασιών στους υδροφόρους της περιοχής έρευνας, μελετήθηκαν τόσο οι κατανομές των σπάνιων γαιών, όσο και οι μεταβολές των συγκεντρώσεών τους κατά μήκος γραμμών ροής του υπόγειου νερού, σε συνάρτηση με τις μεταβολές των υπόλοιπων υδροχημικών παραμέτρων, όπως οι συγκεντρώσεις των κύριων στοιχείων και οι οξειδοαναγωγικές συνθήκες. Υψηλότερες τιμές σπάνιων γαιών παρουσιάζουν οι υδροφόροι που αναπτύσσονται εντός του σχηματισμού των μαργών και των θαλάσσιων αναβαθμίδων, γεγονός που αποτελεί ένδειξη ότι ουσιαστικά πρόκειται για υδροφόρους σε πλήρη υδραυλική επικοινωνία ή ακόμα και για ένα ενιαίο υδροφόρο τουλάχιστον στην βαθύτερη υπό πίεση υδροφορία. Οι υδροφόροι των κροκαλοπαγών και οι προσχωματικοί υδροφόροι Βόχας και Νεμέας παρουσιάζουν γενικά χαμηλότερες τιμές ενώ στο υδροφόρο σύστημα Αγίου Βασιλείου-Σπαθοβουνίου έχουμε υψηλές γενικά τιμές γεγονός που ομοίως αποτελεί ένδειξη ότι η βαθύτερη υδροφορία του συστήματος αυτού είναι σε υδραυλική επικοινωνία ή αναπτύσσεται εντός των υδροφόρων στρωμάτων που εντοπίζονται στις μάργες του Πλειο-Πλειστοκαίνου. Η αθροιστική συγκέντρωση των σπάνιων γαιών φαίνεται να αυξάνεται με την μείωση του δυναμικού οξειδοαναγωγής όπως επίσης και με την μείωση του pH. Όξινες και αναγωγικές συνθήκες φαίνεται ότι ευνοούν την εν διαλύσει παραμονή των σπάνιων γαιών στο υπόγειο νερό Βάση της κατανομής δ18Ο και σύμφωνα με την σχέση της τιμής του δ18Ο με το υψόμετρο της περιοχής προέλευσης, τα υδροφόρα συστήματα των κροκαλοπαγών φαίνεται να τροφοδοτούνται απευθείας από την περιοχή στην οποία αναπτύσσονται επιφανειακά ή ενδεχομένως και πλευρικά με υπόγειο νερό των καρστικών υδροφόρων που προέρχεται από περιοχές με υψηλότερο υψόμετρο. Το υπόλοιπο της περιοχής έρευνας φαίνεται να τροφοδοτείτε αποκλειστικά από τις περιοχές στις οποίες οι σχηματισμοί που φιλοξενούν την υδροφορία αναπτύσσονται επιφανειακά, με εξαίρεση τις περιοχές Σικυώνος-Βέλου και Λεχαίου που φαίνεται να τροφοδοτούνται με νερά από περιοχές με υψηλότερα υψόμετρα. Υψηλές τιμές τριτίου παρατηρούνται σε τμήματα του παράκτιου προσχωματικού υδροφόρου της Βόχας αλλά και στο κοκκώδες υδροφόρο σύστημα Νεμέας και κυρίως στην περιοχή Κουτσίου χωρίς να παρατηρούνται μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ δ18Ο και υψομέτρου δειγματοληψίας στις ίδιες θέσεις. Οι υψηλές τιμές τριτίου μπορούν να αποδοθούν κυρίως στην προβληματική τροφοδοσία και εκφόρτιση του υδροφόρου που οδηγεί σε μεγάλους χρόνους παραμονής του υπόγειου νερού στον υδροφόρο. Στο πλαίσιο εφαρμογής προηγμένων μεθόδων με την χρήση ΓΠΣ εφαρμόσθηκαν και δημιουργήθηκαν μοντέλα προσομοίωσης και μοντέλα πολυκριτηριακής χωρικής ανάλυσης για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν τις υδρολογικές και υδροχημικές διεργασίες σε κλίμακα λεκάνης απορροής, την τρωτότητα των υδροφόρων οριζόντων και την χωροθέτηση νέων υδρομαστευτικών έργων. Το μοντέλο προσομοίωσης λεκάνης απορροής που εφαρμόσθηκε είναι το SWAT, ακρωνύμιο των λέξεων Soil and Water Assessment Tool, το οποίο είναι ένα πλήρως κατανεμημένο (fully distributed), φυσικής βάσεως (physically based) μοντέλο που εκτελείται σε περιβάλλον ArcGIS. Η εφαρμογή του μοντέλου SWAT στην περιοχή έρευνας πραγματοποιήθηκε για τις τέσσερις κύριες υδρολογικές λεκάνες (Ασωπός, Ζαπάντης, Ράχιανη, Ξεριάς) και για την περίοδο 1991-2001 με ετήσιο και μηνιαίο χρονικό βήμα. Μετά την αρχική εφαρμογή του μοντέλου ακολούθησε χειροκίνητη ρύθμιση του μοντέλου με την χρήση χρονοσειράς μετρήσεων απορροής από σταθμό μέτρησης στον ποταμό Ασωπό και συγκεκριμένα στη γέφυρα Νεμέας-Πετρίου. Στα αποτελέσματα του μοντέλου περιλαμβάνονται οι κατανομές ανά υδρολογική υπολεκάνη και ανά υδρολογική λεκάνη παραμέτρων όπως η άμεση και η ολική επιφανειακή απορροή, η τροφοδοσία του φρεάτιου υδροφόρου ορίζοντα και η ποσότητα αζώτου και νιτρικών που φτάνει στο επιφανειακό νερό και στο νερό τροφοδοσίας του υδροφόρου. Η μελέτη της τρωτότητας των υδροφόρων πραγματοποιεί¬ται με την βελτιστοποίηση της πρότυπης μεθόδου DRASTIC και προτείνονται διάφορες τροποποιήσεις και μετασχηματισ¬μοί, που βασίζονται στις στατιστικές παραμέτρους της κατανομής της συγκέντρωσης νιτρικών ως δείκτη μόλυνσης. Τελικά επιτυγχάνεται η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθόδου, η οποία θα μπορεί να προβλέπει επιτυχώς την ειδική (specific) τρωτότητα ή το δυναμικό μόλυνσης (Pollution Risk) ενός υδροφόρου ορίζοντα, ο οποίος βρίσκεται κάτω από έντονη περιβαλλοντική πίεση. Εκτός της παραπάνω διαδικασίας βελτιστοποίησης αναπτύσσονται και δύο άλλες μεθοδολογίες οι οποίες βασίζονται στις αρχές της μεθόδου DRASTIC αλλά χρησιμοποιούν δύο μεθόδους χωρικής στατιστικής και πιο συγκεκριμένα την μέθοδο της «πολλαπλής λογιστικής παλινδρόμησης» (multiple logistic regression) και την μέθοδο «βαρύτητας των στοιχείων» (weighted evidence), για τον προσδιορισμό της ειδικής τρωτότητας των υδροφόρων. Τα αποτελέσματα των τριών μεθόδων συγκρίνονται με κριτήριο επιτυχίας την σύμπτωση των υψηλών τιμών δυναμικού μόλυνσης με τις υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικών στο υπόγειο νερό. Με την δημιουργία ενός μοντέλου πολυκριτηριακής ανάλυσης με την χρήση μεθόδων ασαφούς λογικής και κριτήρια υδρογεωλογικά, περιβαλλοντικά και οικονομοτεχνικά προσδιορίζεται η κατανομή της καταλληλότητας κάθε θέσης της περιοχής έρευνας για την ανόρυξη νέων υδρομαστευτικών έργων. Από την κατανομή της καταλληλότητας φαίνεται ότι μεγάλες εκτάσεις της περιοχής έρευνας είναι εντελώς ακατάλληλες για ανόρυξη νέων υδρομαστευτικών έργων, γεγονός που οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη πολυάριθμων υδρομαστευτικών έργων που καθιστούν αδύνατη την ανόρυξη νέων έργων στην περιοχή γειτονίας τους αλλά και στην ευρεία εξάπλωση του σχηματισμού των μαργών εντός του οποίου δεν αναπτύσσεται αξιόλογη υδροφορία. Η επιλογή της μεθόδου της ασαφούς λογικής και του συνδυασμού τελεστών που χρησιμοποιήθηκαν αποκλείουν εντελώς τις περιοχές αυτές και καταφέρνουν να επικεντρώσουν τα αποτελέσματα σε θέσεις κατάλληλες από κάθε άποψη, βαθμονομώντας περαιτέρω τις θέσεις αυτές με βάση τη συγκέντρωση των βέλτιστων συνθηκών. Η μεθοδολογία της πολυκριτηριακής ανάλυσης με την χρήση ασαφούς λογικής διαθέτει μεγάλη ευελιξία και προσαρμοστικότητα. Με αλλαγές στο είδος και τους δείκτες των συναρτήσεων συμμετοχής αλλά και επιλογή διαφορε / The present doctoral thesis examines the potential applications of Geographic Information Systems (GIS) in the scientific field of environmental hydrogeology. The research area for the application of these methods is the northeastern part of the prefecture of Corinth which includes from east to the west the Xerias, Rachianis, Zapantis and Asopos river basins. The wider study area includes both prealpine and postalpine geological formations of terrestrial, lagoonal and marine origin. The dominant geomorphological and tectonic structure in the wider study area is the Corinthian Gulf which is a wide rift zone with high rates of displacement between the two parts of the Peloponnese and Central Greece, as a result of the tensile tectonics that has affected and still affects the region after the end of the Alpine Orogenic episode in the middle Miocene. The neotectonic of the study area is characterized by intense tensile stresses responsible for the creation of the Corinthian trench and numerous normal and oblique faults, parallel and perpendicular to the axis of the trench. A large proportion of these faults are active and responsible for the genesis of medium and large magnitude earthquakes during historical times. The relief of the survey area is characterized by three large plane sections, the coastal area between Corinth and Kiato known as Vochas plane, the area between Agios Basilios and Spathovouni villages and the plane area around the historical city of Nemea. The remainder of the study area can be described as hilly or semi - mountainous with moderate slopes and rounded mountain peaks, with the exception of the SW and SE edge of the area where the predominance of carbonate formations of the prealpine basement creates mountainous terrain with steep slopes Slope deep ravines and sharp mountain peaks. The morphometric analysis shows that watersheds in the study area are expected to have hydrographs of “slow runoff” and low flooding potential. The morphometric characteristics of Zapantis, Ellison and Seliandros basins make them more susceptible to “flash flood” events. From the hydrogeological point of view, a number of ground water bodies (aquifers) and practically impermeable formations are developing in the study area. To investigate the movement of groundwater in aquifers, six different spatial interpolation methods were implemented and it was found that the interpolation method, considerably affects the final formation of the piezometric surface. The criteria for the evaluation of each method were firstly whether the resulting surface does not alter the physical properties a piezometric surface must have (small hydraulic gradient, agreement with the topography, etc.) and secondly a number of statistical error indicators quantify the agreement of the resulting surface with the existing values at the measuring points. Combining the above mentioned observations, we conclude that the most appropriate method for creating groundwater level surfaces, with the process of spatial interpolation, for cases of regional areas with alternating aquifer and practically non- aquifer formations and general heterogeneity in hydraulic characteristics, is the method of Ordinary Cokriging with prior removal of data trends. The annual variation of ground water level, as it was shown by the comparison of ground water level surface of periods 5/2003 and 10/2004 in alluvial aquifers, except the coastal portion of Vocha aquifer, we observe an increase in ground water levels varying from 1 to 10 meters while within the conglomerate aquifers and the confined aquifer that develops within the marl formation we observe a slight decline ranging from 1 to 10 meters. This variation can be attributed to the fact that shallow alluvial aquifers are recharged faster than the deeper confined aquifers and are influenced by the water balance of only the current hydrological year while the deeper confined aquifers are affected by more than one hydrologic year. The corresponding situation for the periods 10/2004 and 10/2005 is almost inverse because a rising in ground water level is observed both in the deeper confined aquifers and in the coastal part of the alluvial aquifer of Vocha while drawdown is observed in other alluvial aquifers. The repeated differentiation between aluvial and deeper confined aquifers suggests that they are responding to recharge with a different time lag. Based mainly on hydrolithological classification of geological formations but also on their spatial distribution as it is represented in the hydrogeological map but additionally on the basis of information from borehole lithological sections and also the spatial distribution of the groundwater level we end in the delineation of “groundwater bodies” or “aquifer systems” for the study area. According to the above mentioned evidence five porous and two karstic aquifer systems were defined. Both karstic aquifer systems are developed partly in the study area with their bigger part located outside of the study area. For this reason, they were not investigated thoroughly in this research. The feature that was examined in these systems was the way they interact with other aquifer systems and how they affect the hydrological balance of the watersheds of the study area. Three of the five porous aquifer systems (Vocha, Agios Basilios and Nemea) developed entirely within the study area and they include mostly shallow alluvial aquifers which form unified or multilevel aquifers with deeper confined aquifers of the Plio - Pleistocene formations. The other two porous aquifer systems (Aidonia - Petri and Kryoneri - Baltos) develope within the Pleistocene conglomerates (Calabrian conglomerates) and despite the fact that they are partially included in the study area they were investigated in detail because they play a key role in water balance of the study area within which they are discharged through high capacity contact springs in places where with come in contact with the underlying impermeable Pliocene marls. The most prolific aquifers in the study area are the conglomerate aquifers while aquifers of Vocha, Nemea and Agios Basilios - Spathovouni have a highly variable productivity and have average to low yields. Finally it was found that the aquifer developed in the marl formation has low productivity and small practical importance. The extensive development of cultivations in the study area bring significant pressures on water resources in both the quantitative part due to increased irrigation needs and the qualitative part because of diffuse pollution on water resources resulting from agricultural practices (fertilizers, pesticides etc.). The various aquifers in the study area have significant hydrochemical variations which are found both in the distribution they have in Piper diagram and from the various relationships between hydrochemical parameters such as the relationship between alkalinity and calcium or alkalinity and concentrations of REE and Eh-pH, but also in the statistical indicators of hydrochemical parameters such as alkalinity, conductivity, sulphate, nitrate and heavy metals concentrations. These variations are due to the different composition of the aquifer materials, the difference in residence time of groundwater within the aquifer, the redox conditions and other factors. These variations are normalized in cases where there is hydraulic connection between different aquifers. As it was shown by the spatial distribution of pH values, acidic conditions prevailing almost in the entire coastal alluvial aquifer system of Vocha with the most acidic conditions located in the areas of Velo and Assos - Lecheo while alkaline conditions prevailing in the water systems of conglomerates and also in the deeper confined aquifer that develops in the Isthmia - Examillia - Ancient Corinth area. Correspondingly the spatial distribution of redox potential reveal that oxidizing conditions prevail in most of the study area except for the part Vrahati -Kokoni - Evangelistria in Vocha alluvial aquifer, the Pasio - Laliotis – Sikyon area and large parts of the aquifer developed in the formation of marls. By studying the spatial distribution of nitrogen compounds in groundwater, we come to the conclusion that there is a widespread contamination of groundwater by nitrate, mainly in the Vocha coastal aquifer system except the area between Vrahati - Kokoni - Neratza and also throughout the whole area between Examilia - Solomos - Spathovouni - Agios Basilios both in the upper unconfined and deeper confined aquifers. As shown by the spatial distribution of the parameters associated with seawater intrusion, there seems to be a propagation of the seawater intrusion front, to the axis between Assos and Spathovouni even at great distance from the coast. This conclusion is confirmed by the fact that, deep boreholes in the Spathovouni area have been abandoned due to salinization. Similarly there seems to be a retreat of the seawater intrusion front near Isthmia-Examillia area. From the simultaneous observation and study of the spatial distribution of chloride, ground water level and the hydrochemical types of groundwater, it is obvious that in the study area, sea water intrusion represent a very serious problem mainly along the axis indicated above. In the rest of the coastal zone, although hydrogeological conditions do not differs seawater intrusion is quite limited. This fact may be attributed both on good recharge of coastal aquifers and on the relative uplift of the practically impermeable marl formation which acts as a natural barrier to seawater intrusion. The alluvial aquifers of the study area are showing the greatest concentration of heavy metals. In some cases the concentration values are so high that they can be attributed to contamination of groundwater from point sources or to the influence by hydrothermal fluids. For the better understanding of hydrogeological and hydrochemical processes in aquifers in the study area, the spatial distributions of rare earth elements (REE), as well as their evolution along groundwater flow lines were investigated in response to evolution of other hydrochemical parameters such as concentrations of main elements and redox conditions. The aquifers developed in marls and marine terraces show the higher values of REE elements, which is an indication that in fact these aquifers are in full hydraulic connection or even compose a single confined aquifer. The conglomerates and alluvial aquifers of Vocha and Nemea show generally lower REE concentration values while the aquifer system of Agios Basilios-Spathovouni generally have high REE concentration values which also indicates that the deeper confined aquifer of the system, is hydraulically connected or developed within the Plio - Pleistocene marls. The cumulative concentration of rare earth elements seems to increase with the decrease in redox potential as well as the decrease in phi Acidic and reducing conditions appear to favor the preservation of dissolved rare earth elements in groundwater. According to the spatial distribution of δ18Ο values and according to the relationship between δ18Ο values and the altitude of the sampling point, the aquifer systems of the conglomerates appears to be recharged directly from the area where they have surface development, or possibly laterally recharged with groundwater of the adjacent karst aquifers initially recharged in areas of higher altitude. The remainder of the study area appears to be recharged from the areas where the formations that host the aquifer have surface development, excluding the areas of Sikyon-Velo and Lecheo that seems to be recharged with water from areas with higher altitudes. High tritium values were observed in parts of the coastal alluvial aquifer of Vocha, but also in the porous aquifer system of Nemea, particularly around Koutsi while no big discrepancies between δ18Ο and altitude of sampling points occurred in the same sites. High rates of tritium can be attributed mainly to problematic recharge and discharge of aquifers, resulting in long residence times of groundwater in the aquifer. Under the framework of application of advanced methods using GIS, simulation models and spatial multi-criteria analysis models were used and developed, for solving problems related to hydrological and hydrochemical processes at river basin scale, the vulnerability of aquifers and the placement of new water wells. The river basin simulation model that was applied is called “SWAT”, acronym for Soil and Water Assessment Tool, which is a fully distributed physically based model that may be applied in ArcGIS environment. Application of SWAT model in the study area was conducted for the four main river basins (Asopos, Zapantis, Rachiani and Xerias) for the period 1991-2001 with annual and monthly time step. After the initial implementation, the model was manually calibrated using time series of runoff measurements from a station on the River Asopos, namely the bridge between Nemea and Petrio. The results of the model include distributions of parameters such as the direct and total runoff, recharge of the phreatic aquifer and the quantity of nitrogen and nitrate that reaches the surface water and water of aquifer recharge, on a sub basin or basin scale. The investigation of aquifer vulnerability is carried out by the optimization of the standard DRASTIC method and various modifications and transformations are proposed, based on statistical parameters of the distribution of nitrate concentration as an indicator of aquifer pollution. Eventually, an integrated method, that can successfully determine the specific vulnerability or the pollution risk of an aquifer under intense environmental pressure, is provided. Besides the above optimization process of the DRASTIC model, two other hybrid methodologies based on the principles of DRASTIC method were developed. These two methodologies are based on two methods of multivariate spatial statistics and more specifically the method of " multiple logistic regression » and the method of “weighted evidence”, in order to determine the specific vulnerability (pollution risk) of aquifers. The results of the three methods are compared in terms of success on the coincidence of high values of pollution risk with high nitrate concentrations in groundwater. By creating a multi-criteria analysis model using fuzzy logic methods and hydrogeological, environmental and socioeconomic criteria, the distribution of the suitability of each location of study the area for drilling new water wells was accomplished. From the distribution of suitability it appears that large parts of the study area are totally unsuitable for drilling new water wells. This is due to the large number of existing water wells and the large extend of the marl formation which holds very low productivity aquifers. The choice of the method of fuzzy logic and the combination of criteria used, manage to focus in fully appropriate areas for the drilling of new water wells. These areas are then further classified based on the combination of the above mentioned criteria. The methodology of multi-criteria analysis using fuzzy logic has great flexibility and adaptability. By altering the type and coefficients of fuzzy functions and choosing a different combination of operators the final result can be tailored to the priorities of research. The best positions in the study area are located in the formation of conglomerates, west of Nemea plane area and around villages Kryoneri and Souli as well as the upstream part of the alluvial aquifer of Vocha and within recent river deposits nearby all the rivers of the study area.

This thesis addresses the identification of stochastic systems operating under different conditions, based on data records corresponding to a sample of such operating conditions. This topic is very important, as systems operating under different, though constant conditions at different occasions (time intervals) are often encountered in practice. Typical examples include mechanical, aerospace or civil structures that operate under different environmental conditions (temperature or humidity, for instance) on different occasions (period of day, and so on). Such different operating conditions may affect the system characteristics, and therefore its dynamics. Given a set of data records corresponding to distinct operating conditions, it is most desirable to establish a single global model capable of describing the system throughout the entire range of admissible operating conditions. In the present thesis this problem is treated via a novel stochastic Functional Pooling (FP) identification framework which introduces functional dependencies (in terms of the operating condition) in the postulated model structure. The FP framework offers significant advantages over other methods providing global models by interpolating a set of conventional models (one for each operating condition), as it: (i) treats data records corresponding to different operating conditions simultaneously, and fully takes cross-dependencies into account thus yielding models with optimal statistical accuracy, (ii) uses a highly parsimonious representation which provides precise information about the system dynamics at any specified operating condition without resorting to customary interpolation schemes, (iii) allows for the determination of modeling uncertainty at any specified operating condition via formal interval estimates. To date, all research efforts on the FP framework have concentrated in identifying univariate (single excitation-single response) stochastic models. The present thesis aims at (i) properly formulating and extending the FP framework to the case of multivariate stochastic systems operating under multiple operating conditions, and (ii) introducing an approach based on multivariate FP modeling and statistical hypothesis testing for damage detection under different operating conditions. The case of multivariate modeling is more challenging compared to its univariate counterpart as the couplings between the corresponding signals lead to more complicated model structures, whereas their nontrivial parametrization raises issues on model identifiability. The main focus of this thesis is on models of the Functionally Pooled Vector AutoRegressive with eXogenous excitation (FP-VARX) form, and Vector AutoRegressive Moving Average (FP-VARMA) form. These models may be thought of as generalizations of their conventional VARX/VARMA counterparts with the important distinction being that the model parameters are explicit functions of the operating condition. Initially, the identification of FP-VARX models is addressed. Least Squares (LS) and conditional Maximum Likelihood (ML) type estimators are formulated, and their consistency along with their asymptotic normality is established. Conditions ensuring FP-VARX identifiability are postulated, whereas model structure specification is based upon proper forms of information criteria. The performance characteristics of the identification approach are assessed via Monte Carlo studies, which also demonstrate the effectiveness of the proposed framework and its advantages over conventional identification approaches based on VARX modeling. Subsequently, an experimental study aiming at identifying the temperature effects on the dynamics of a smart composite beam via conventional model and novel global model approaches is presented. The conventional model approaches are based on non-parametric and parametric VARX representations, whereas the global model approaches are based on parametric Constant Coefficient Pooled (CCP) and Functionally Pooled (FP) VARX representations. Although the obtained conventional model and global representations are in rough overall agreement, the latter simultaneously use all available data records and offer improved accuracy and compactness. The CCP-VARX representations provide an ``averaged'' description of the structural dynamics over temperature, whereas their FP-VARX counterparts allow for the explicit, analytical modeling of temperature dependence, and attain improved estimation accuracy. In addition, the identification of FP-VARMA models is addressed. Two-Stage Least Squares (2SLS) and conditional ML type estimators are formulated, and their consistency and asymptotic normality are established. Furthermore, an effective method for 2SLS model estimation featuring a simplified procedure for obtaining residuals in the first stage is introduced. Conditions ensuring FP-VARMA model identifiability are also postulated. Model structure specification is based upon a novel two-step approach using Canonical Correlation Analysis (CCA) and proper forms of information criteria, thus avoiding the use of exhaustive search procedures. The performance characteristics of the identification approach are assessed via a Monte Carlo study, which also demonstrates the effectiveness of the proposed framework over conventional identification approaches based on VARMA modeling. An approach based on the novel FP models and statistical hypothesis testing for damage detection under different operating conditions is also proposed. It includes two versions: the first version is based upon the obtained modal parameters, whereas the second version is based upon the discrete-time model parameters. In an effort to streamline damage detection, procedures for compressing the information carried by the modal or the discrete-time model parameters via Principal Component Analysis (PCA) are also employed. The effectiveness of the proposed damage detection approach is assessed on a smart composite beam with hundreds of experiments corresponding to different temperatures. In its present form, the approach relies upon response (output-only) vibration data, although excitation-response data may be also used. FP-VAR modeling is used identify the temperature dependent structural dynamics, whereas a new scheme for model structure selection is introduced which avoids the use of exhaustive search procedures. The experimental results verify the capability of both versions of the approach to infer reliable damage detection under different temperatures. Furthermore, alternative methods attempting removal of the temperature effects from the damage sensitive features are also employed, allowing for a detailed and concise comparison. Finally, some special topics on global VARX modeling are treated. The focus is on the identification of the Pooled (P) and Constant Coefficient Pooled (CCP) VARX model classes. Although both model classes are of limited scope, they are useful tools for global model identification. In analogy to the FP-VARX/VARMA model case, the LS and conditional ML type estimators are studied for both model classes, whereas conditions ensuring model identifiability are also postulated. The relationships interconnecting the P-VARX and CCP-VARX models to the FP-VARX models in terms of compactness and achievable accuracy are studied, whereas their association to the conventional VARX models is also addressed. The effectiveness and performance characteristics of the novel global modeling approaches are finally assessed via Monte Carlo studies. / Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την αναγνώριση πολυμεταβλητών στοχαστικών συστημάτων που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας, βασιζόμενοι σε δεδομένα που αντιστοιχούν σε ένα δείγμα ενδεικτικών συνθηκών λειτουργίας. Η σπουδαιότητα του προβλήματος είναι μεγάλη, καθώς στην πράξη συναντώνται πολύ συχνά συστήματα όπου οι επιμέρους συνθήκες λειτουργίας παραμένουν σταθερές ανά χρονικά διαστήματα. Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν μηχανολογικές, αεροναυτικές και δομικές κατασκευές που λειτουργούν κάτω από διαφορετικές συνθήκες (π.χ. θερμοκρασίας και/ή υγρασίας) σε διαφορετικές συνθήκες (π.χ. περίοδος της ημέρας). Οι διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας ενδέχεται να επηρεάσουν ένα σύστημα και ως εκ τούτου τα δυναμικά χαρακτηριστικά του. Λαμβάνοντας υπόψη ένα σύνολο δεδομένων που αντιστοιχούν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, είναι επιθυμητή η εύρεση ενός "γενικευμένου" μοντέλου ικανού να περιγράψει το σύστημα σε όλο το φάσμα των αποδεκτών συνθηκών λειτουργίας. Στην παρούσα διατριβή το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίζεται μέσω ενός καινοτόμου πλαισίου αναγνώρισης στοχαστικών μοντέλων Συναρτησιακής Σώρευσης (stochastic Functional Pooling Framework), το οποίο εισάγει συναρτησιακές εξαρτήσεις (αναφορικά με την κατάσταση λειτουργίας) στην δομή του μοντέλου. Το συγκεκριμένο πλαίσιο Συναρτησιακής Σώρευσης προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεθόδους εύρεσης γενικευμένων μοντέλων που χρησιμοποιούν μεθόδους παρεμβολής (interpolation) σε ένα σύνολο συμβατικών μοντέλων (ένα για κάθε συνθήκη λειτουργίας), όπως: (i) Η ταυτόχρονη διαχείριση δεδομένων που αντιστοιχούν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, καθώς και η διευθέτηση των αλληλοεξαρτήσεων μεταξύ δεδομένων που ανήκουν σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας παρέχοντας με τον τρόπο αυτό μοντέλα με βέλτιστη στατιστική ακρίβεια, (ii) η χρήση συμπτυγμένων μοντέλων τα οποία περιγράφουν με ακρίβεια τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος σε κάθε κατάσταση λειτουργίας, αποφεύγοντας έτσι την χρήση συμβατικών μεθόδων παρεμβολής, (iii) ο προσδιορισμός των αβεβαιοτήτων στη μοντελοποίηση κάθε κατάστασης λειτουργίας μέσω εκτίμησης κατάλληλων διαστημάτων εμπιστοσύνης. Μέχρι στιγμής, η έρευνα πάνω στο πλαίσιο Συναρτησιακής Σώρευσης έχει επικεντρωθεί στα βαθμωτά στοχαστικά μοντέλα. Η παρούσα διατριβή σαν στόχο έχει (i) την κατάλληλη διαμόρφωση και επέκταση του πλαισίου Συναρτησιακής Σώρευσης για την περίπτωση πολυμεταβλητών στοχαστικών συστημάτων που λειτουργούν με πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας , και (ii) την εισαγωγή μιας καινοτόμου μεθοδολογίας ανίχνευσης βλαβών για συστήματα που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας βασιζόμενη σε πολυμεταβλητά μοντέλα Συναρτησιακής Σώρευσης και στον στατιστικό έλεγχο υποθέσεων. Η περίπτωση των πολυμεταβλητών μοντέλων παρουσιάζει τεχνικές δυσκολίες που δεν συναντώνται στα βαθμωτά μοντέλα, καθώς η δομή των μοντέλων είναι πιο περίπλοκη ενώ η παραμετροποίησή τους είναι μη-τετριμμένη θέτοντας έτσι ζητήματα αναγνωρισιμότητας (model identifiability). Η παρούσα διατριβή εστιάζει σε Συναρτησιακά Σωρευμένα Διανυσματικά μοντέλα ΑυτοΠαλινδρόμησης με εΞωγενή είσοδο (Functionally Pooled Vector AutoRegressive with eXogenous excitation; FP-VARX), και σε Διανυσματικά μοντέλα ΑυτοΠαλινδρόμησης με Κινητό Μέσο Όρο (Functionally Pooled AutoRegressive with Moving Average; FP-VARMA). Τα μοντέλα αυτά μπορεί να θεωρηθούν ως γενικεύσεις των συμβατικών μοντέλων VARX/VARMA με την σημαντική διαφοροποίηση ότι οι παράμετροι του μοντέλου είναι συναρτήσεις της συνθήκης λειτουργίας. Το πρώτο κεφάλαιο της διατριβής επικεντρώνεται στην αναγνώριση μοντέλων FP-VARX. Αναπτύσσονται εκτιμήτριες βασισμένες στις μεθόδους των Ελαχίστων Τετραγώνων (Least Squares; LS) και της Μέγιστης Πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood; ML), ενώ στη συνέχεια μελετώνται η συνέπεια (consistency) και η ασυμπτωτική κατανομή (asymptotic distribution)τους. Επιπλέον, καθορίζονται συνθήκες που εξασφαλίζουν την αναγνωρισιμότητα (identifiability) των FP-VARX μοντέλων, ενώ ο προσδιορισμός της δομής τους βασίζεται σε κατάλληλα τροποποιημένα κριτήρια πληροφορίας (information criteria). Η αποτίμηση της μοντελοποίησης με FP-VARX, καθώς επίσης και η αποτελεσματικότητά τους έναντι των συμβατικών μοντέλων VARX εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo. Στο δεύτερο κεφάλαιο διερευνάται η αναγνώριση των θερμοκρασιακών επιρροών στα δυναμικά χαρακτηριστικά μιας ευφυούς δοκού από σύνθετο υλικό. Το πρόβλημα μελετάται χρησιμοποιώντας συμβατικά μοντέλα καθώς και "γενικευμένα" μοντέλα. Η συμβατική μοντελοποίηση περιλαμβάνει μη-παραμετρικές παραστάσεις που βασίζονται στην μέθοδο Welch (ανάλυση στο πεδίο συχνοτήτων), καθώς και παραμετρικές παραστάσεις βασισμένες στα μοντέλα VARX (ανάλυση στο πεδίο χρόνου). H "γενικευμένη" μοντελοποίηση περιλαμβάνει παραστάσεις Σώρευσης με Σταθερές Παραμέτρους (Constant Coefficient Pooled VARX; CCP-VARX), καθώς και VARX παραστάσεις Συναρτησιακής Σώρευσης (Functionally Pooled VARX; FP-VARX). Η ανάλυση υποδεικνύει ότι τα χαρακτηριστικά των "γενικευμένων" και των συμβατικών μοντέλων βρίσκονται σε γενική συμφωνία μεταξύ τους. Ωστόσο, τα "γενικευμένα" μοντέλα περιγράφουν τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος με μικρότερο αριθμό παραμέτρων, γεγονός που προσδίδει μεγαλύτερη ακρίβεια στην εκτίμησή τους. Το μοντέλο CCP-VARX τείνει να σταθμίσει τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος σε κάποιον "μέσο όρο" με σχετική ακρίβεια. Απεναντίας το μοντέλο FP-VARX υπερέχει σε ακρίβεια, καθώς επιδεικνύει μια εξομαλυμένη καθοριστική εξάρτηση των δυναμικών χαρακτηριστικών του συστήματος με την θερμοκρασία, γεγονός που είναι συμβατό με την φυσική του προβλήματος. Το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην αναγνώριση μοντέλων FP-VARMA. Αναπτύσσονται εκτιμήτριες βασισμένες στις μεθόδους των Ελαχίστων Τετραγώνων Δύο Σταδίων (Two Stage Least Squares; 2SLS) και της Μέγιστης Πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood; ML), ενώ στην συνέχεια μελετώνται η συνέπεια και η ασυμπτωτική κατανομή τους. Επιπλέον, εισάγεται μια νέα μέθοδος για την εκτίμηση 2SLS που απλοποιεί σημαντικά την διαδικασία εξαγωγής υπολοίπων (residuals) από το πρώτο στάδιο. Επίσης, καθορίζονται οι συνθήκες που εξασφαλίζουν αναγνωρισιμότητα στα μοντέλα FP-VARMA. Ο προσδιορισμός της δομής των μοντέλων FP-VARMA πραγματοποιείται χάρη σε μια μεθοδολογία δύο σταδίων που βασίζεται στην Ανάλυση Κανονικοποιημένων Συσχετίσεων (Canonical Correlation Analysis; CCA) και κριτηρίων πληροφορίας, αποφεύγοντας έτσι την εκτεταμένη χρήση αλγορίθμων αναζήτησης. Η αποτίμηση της μοντελοποίησης με FP-VARMA, καθώς επίσης και η αποτελεσματικότητά τους έναντι των συμβατικών VARMA εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo. Το τέταρτο κεφάλαιο πραγματεύεται την ανίχνευση βλαβών σε συστήματα που παρουσιάζουν πολλαπλές συνθήκες λειτουργίας. Προτείνεται μια νέα μεθοδολογία που βασίζεται σε καινοτόμα μοντέλα Συναρτησιακής Σώρευσης και στον στατιστικό έλεγχο υποθέσεων. Παρουσιάζονται δυο εκδόσεις της μεθοδολογίας: η πρώτη βασίζεται στα μορφικά χαρακτηριστικά του μοντέλου ενώ η δεύτερη στις παραμέτρους του μοντέλου. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται μέθοδοι συμπίεσης της πληροφορίας που περιέχουν τα μορφικά χαρακτηριστικά ή οι παράμετροι του μοντέλου μέσω της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (Principal Component Analysis; PCA) σε μια προσπάθεια απλοποίησης της διαδικασίας ανίχνευσης βλαβών. Η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας επαληθεύεται πειραματικά σε μια "ευφυή" δοκό από σύνθετο υλικό, η οποία ταλαντώνεται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Στην παρούσα μορφή της η μεθοδολογία χρησιμοποιεί δεδομένα απόκρισης ταλάντωσης, ωστόσο δεδομένα διέγερσης-απόκρισης μπορούν να χρησιμοποιηθούν εφόσον κριθεί σκόπιμο. Η εξάρτηση των δυναμικών χαρακτηριστικών της δοκού με την θερμοκρασία περιγράφεται με τη χρήση μοντέλων FP-VAR, ενώ εισάγεται μια νέα μέθοδος καθορισμού της δομής του μοντέλου που αποφεύγει την χρήση αλγορίθμων αναζήτησης. Πλήθος πειραμάτων που καλύπτουν ένα ευρύ θερμοκρασιακό πεδίο, καθώς και συγκρίσεις με άλλες μεθοδολογίες ανίχνευσης βλαβών, πιστοποιούν την ικανότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας να διαγνώσει την κατάσταση της δοκού σε διάφορες θερμοκρασίες. Το πέμπτο κεφάλαιο ασχολείται με ειδικά θέματα μοντελοποίησης των "γενικευμένων" VARX . Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην μελέτη Σωρευμένων VARX (P-VARX) και CCP-VARX μοντέλων. Σε αντιστοιχία με τα μοντέλα FP, αναπτύσσονται εκτιμήτριες LS και ML, ενώ στην συνέχεια μελετώνται οι ιδιότητές τους. Επιπλέον, καθορίζονται οι συνθήκες που εξασφαλίζουν την αναγνωρισιμότητα των μοντέλων P-VARX και CCP-VARX. Μελετώνται επίσης και οι σχέσεις που συνδέουν τις δομές των μοντέλων P-VARX και CCP-VARX με τα FP-VARX ως προς την παραμετροποίησή τους και την ακρίβεια που επιτυγχάνουν. Επιπλέον, μελετάται και η σχέση των παραπάνω μοντέλων με τα συμβατικά VARX. Η αποτίμηση των γενικευμένων μοντέλων VARX αναφορικά με το πλήθος των εκτιμώμενων παραμέτρων και την ακρίβεια που επιτυγχάνουν εξακριβώνεται μέσω προσομοιώσεων Monte Carlo.

Κεντρικό σημείο αναφοράς της διατριβής είναι η σύγχρονη πόλη, στο υπέδαφος της οποίας σώζονται αρχαιολογικά στρώματα. Η ανακάλυψή τους κάτω από τον ενεργό οικιστικό ιστό καθώς και η αρχαιολογική έρευνα που ακολουθεί θεωρούνται από πολλούς αιτία ανάσχεσης της κατασκευαστικής και αναπτυξιακής διαδικασίας. Ωστόσο, εδώ υποστηρίζεται ότι η ύπαρξη αρχαιολογικού υποστρώματος στην πόλη αποτελεί ένα από τα συγκριτικά πλεονεκτήματα της αναπτυξιακής της προοπτικής. Προς τούτο η ερευνητική μεθοδολογία χρησιμοποιεί ποιοτικά και ποσοτικά δεδομένα, ενώ ως μελέτη περίπτωσης επιλέγεται το Σχέδιο Πόλεως των Πατρών. Αρχικά η έρευνα βασίζεται στην αρχειακή και βιβλιογραφική επισκόπηση και στη διεξαγωγή δομημένων συνεντεύξεων με ειδικούς επιστήμονες. Στη συνέχεια, γίνεται χρήση της τεχνολογίας των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και της Στατιστικής για τη δημιουργία βάσης δεδομένων, την ψηφιακή επεξεργασία της, την παραγωγή και δημιουργία προγνωστικών μοντέλων και την ανάδειξη της στατιστικής σχέσης της πολεοδομικής με την αρχαιολογική πληροφορία. Από τα αποτελέσματα, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατή η κατασκευή μοντέλου πρόβλεψης της πιθανολογούμενης ύπαρξης αρχαίων σε μια πόλη, αλλά και του πιθανολογούμενου βάθους εντοπισμού τους, βασισμένη στην καταγραφή και επεξεργασία της πολεοδομικής και αρχαιολογικής πληροφορίας, που προέρχεται από τις εκσκαφές 5 συνεχόμενων ετών, ακόμα κι αν δεν γνωρίζει κανείς ή δεν λαμβάνει υπόψη τίποτε άλλο από την ιστορία της πόλης αυτής. Χρησιμοποιώντας αρχαιολογικές παραμέτρους σε συνδυασμό με πολεοδομικά δεδομένα είναι δυνατόν να κατασκευαστούν εξειδικευμένα μοντέλα, που μπορούν να αποτυπώσουν τις επιπτώσεις του αρχαιολογικού υποβάθρου μιας πόλης στις τρέχουσες λειτουργίες της και το αντίθετο. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο σε επιχειρησιακό επίπεδο, στην άσκηση της αρχαιολογικής έρευνας και της παρακολούθησης της οικοδομικής δραστηριότητας στην πόλη, όσο και ως συμβολή σε μια ευρύτερη διερεύνηση για τη θέση της πολιτιστικής κληρονομιάς στη διαμόρφωση και προβολή της σύγχρονης πόλης. / The dissertation focuses on the contemporary city located on top of archaeological strata. Archaeological remains underneath, as well as their investigation, are considered by many as an obstacle towards the construction and development process. However, it is assumed here that the archaeological remains (below modern cities) consist a comparative advantage towards development. To justify this, qualitative and quantitative research methodology has been employed while the Town Plan of Patras, Greece is used as a case-study. Initially, an archive and literature survey takes place and structured interviews with field experts are conducted. Next, Geographical Information Systems and Statistics are applied for data processing and predictive modeling. Eventually, predictive models of the potential existence of archaeological sites and their expected depth are constructed, based on data from the excavations and the ground disturbance actions of 5 consecutive years. It becomes apparent that the results differ within the built and the unbuilt zones of a town. Using archaeological and urban parameters the impact of the archaeological background, over modern urban functions can be modeled and assessed. Moreover, the outcomes may be used by those involved in making and evaluating policies for the management of cultural heritage within planning.

The purpose of this research is to investigate the seismic behavior of plane moment resisting frames (MRFs) consisting of concrete filled steel tube (CFT) columns and steel I beams through targeted studies utilizing advanced computational methodologies calibrated on the basis of existing experimental results and to propose a preliminary performance-based seismic design method for this kind of frames. A computational study is conducted first to investigate the nonlinear cyclic response of square concrete-filled steel tubes (CFT) in bending and compression. An accurate nonlinear finite element model is created and its validity is established by comparing its results with those of existing experiments. Using this finite element model, extensive parametric studies are performed to provide information on the hysteretic and deteriorating behavior of CFT columns. Thus, on the basis of this computational study, three simple yet sufficiently accurate concentrated plasticity hysteretic models for simulating the cyclic behavior of square concrete-filled steel tube (CFT) columns, are developed. The seismic behavior of plane MRFs consisting of I steel beams and CFT columns is investigated next. More specifically, the effect of modelling details of each individual component of CFT-MRFs, such as the CFT columns, the beam-column connections, the panel zones and the steel I beams, on their seismic behavior is studied through comparisons against available experimental results. Then, fragility curves are constructed for composite frames for various levels of modelling sophistication through nonlinear time history analyses involving three typical CFT-MRFs which have been designed according to the European seismic design codes. On the basis of these fragility curves, one can select the appropriate modelling level of sophistication that can lead to the desired seismic behavior for a given seismic intensity. The third part of this work deals with the establishment of all the necessary ingredients for this kind of composite frames to be seismically designed by the performance-based hybrid force-displacement (HFD) seismic design method, which combines the advantages of the well-known force-based and displacement-based seismic design methods. Thus, extensive parametric studies are conducted involving nonlinear dynamic analysis of 96 frames under 100 seismic motions in order to create a databank with the response quantities of interest. Based on regression analysis, simple formulae for estimating the maximum roof displacement, the maximum inter-storey drift ratio, the maximum rotation ductility along the height of the frame and the behavior factor are developed. Comparison of the proposed design method with those adopted by current seismic design codes demonstrates that the proposed procedure seems to be more rational and controls deformation better than current seismic design codes. Nonlinear time history analyses proved the consistency of the proposed method to accurately estimate inelastic deformation demands and the tendency of the current seismic design codes to overestimate the maximum roof displacement and underestimate the maximum inter-storey drift ratio along the height of the frames. Finally, comparisons between CFT-MRFs and all steel ones reveal that the CFT-MRFs seem to have better seismic behavior than the all steel ones and seem to be more economical structures. / Ο σκοπός της παρούσας έρευνας είναι να διερευνήσει τη σεισμική συμπεριφορά επίπεδων καμπτικών πλαισίων με υποστυλώματα από τετραγωνικές χαλύβδινες κοιλοδοκούς γεμισμένες με σκυρόδεμα και με μεταλλικές δοκούς τύπου Ι και να προτείνει μία μέθοδο αντισεισμικού σχεδιασμού με βάση την επιτελεστικότητα για αυτόν τον τύπο κατασκευών. Αρχικά, διεξάγεται μία υπολογιστική μελέτη ώστε να διερευνηθεί η μη-γραμμική ανελαστική απόκριση υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση και σταθερή θλίψη των τετραγωνικών σύμμικτων υποστυλωμάτων. Ένα ακριβές και προηγμένο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων δημιουργείται όπου η ακρίβεια των αποτελεσμάτων του ελέγχεται μέσω συγκρίσεων των αναλυτικών λύσεων με υπαρκτά πειραματικά δεδομένα. Κατόπιν, χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων, πραγματοποιoύνται εκτενείς παραμετρικές μελέτες με σκοπό να παραχθούν πληροφορίες σχετικά με την υστερητική συμπεριφορά των σύμμικτων υποστυλωμάτων. Έτσι, στη βάση αυτής της υπολογιστικής μελέτης, τρία απλά και αρκετά ακριβή υστερητικά μοντέλα συγκεντρωμένης πλαστιμότητας αναπτύσσονται για την προσομοίωση της συμπεριφοράς σύμμικτων υποστυλωμάτων υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση και σταθερή θλίψη. Έπειτα, διερευνάται η σεισμική συμπεριφορά επίπεδων καμπτικών πλαισίων με σύμμικτα υποστυλώματα και με μεταλλικές δοκούς τύπου Ι. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η επίδραση της λεπτομερής μοντελοποίησης των επιμέρους δομικών στοιχείων μια κατασκευής, όπως των σύμμικτων υποστυλωμάτων, των μεταλλικών δοκών, των κόμβων διατμητικής παραμόρφωσης και των συνδέσεων, στη σεισμική συμπεριφορά των πλαισίων μέσω συγκρίσεων με υπαρκτά πειραματικά δεδομένα. Επιπλέον, διαμορφώνονται καμπύλες τρωτότητας για τρία σύμμικτα πλαίσια σχεδιασμένα με τους Ευρωπαϊκούς κανονισμούς για διάφορα επίπεδα μοντελοποίησης χρησιμοποιώντας μη-γραμμικές αναλύσεις χρονοιστορίας. Στη βάση αυτών των καμπυλών τρωτότητας, κάποιος μπορεί να επιλέξει το κατάλληλο επίπεδο πολυπλοκότητας της μοντελοποίησης των σύμμικτων πλαισίων ώστε να οδηγηθεί στην επιθυμητή συμπεριφορά για μια δεδομένη σεισμική ένταση. Το τρίτο μέρος της παρούσας έρευνας πραγματεύεται την ανάπτυξη της διαδικασίας που απαιτείται από την Υβριδική Δυνάμεων-Μετατοπίσεων (ΥΔΜ) μέθοδο αντισεισμικού σχεδιασμού με βάση την επιτελεστικότητα, η οποία συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της μεθόδου των δυνάμεων και της μεθόδου των μετακινήσεων, ώστε να εφαρμόζεται για τον αντισεισμικό σχεδιασμό σύμμικτων καμπτικών πλαισίων. Έτσι, πραγματοποιούνται εκτενείς παραμετρικές μελέτες περιλαμβάνοντας μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις σε 96 πλαίσια υπό 100 σεισμικές καταγραφές με σκοπό τη δημιουργία τράπεζας δεδομένων με αποκρίσεις ενδιαφέροντος. Κατόπιν αναλύσεων γραμμικής παλινδρόμησης, απλές σχέσεις προτείνονται που απαιτούνται από την ΥΔΜ μέθοδο οι οποίες συνδέουν τη μέγιστη μετακίνησης κορυφής των πλαισίων με τη στοχευόμενη μέγιστη γωνιακή παραμόρφωσης των ορόφων ή την τοπική στροφική πλαστιμότητα των μελών και την απαιτούμενη συνολική πλαστιμότητας του πλαισίου με τον συντελεστή συμπεριφοράς q. Η σύγκριση της προτεινόμενης ΥΔΜ μεθόδου αντισεισμικού σχεδιασμού με εκείνης που προτείνεται από τον Ευρωπαϊκό κανονισμό αποδεικνύει ότι η προτεινόμενη διαδικασία φαίνεται να είναι πιο ακριβής και ελέγχει καλύτερα τις παραμορφώσεις. Μη-γραμμικές αναλύσεις χρονοιστορίας δείχνουν την συνέπεια της ΥΔΜ να εκτιμά με ακρίβεια τις απαιτήσεις των ανελαστικών παραμορφώσεων στα διάφορα επίπεδα επιτελεστικότητας σε αντίθεση με την τάση του κανονισμού να υποεκτιμά τη μέγιστη γωνιακή μετακίνησης ορόφων και να υπερεκτιμά την μέγιστη μετακίνηση κορυφής. Τέλος, συγκρίσεις σύμμικτων πλαισίων με σχεδιασμένα πλαίσια εξ’ ολοκλήρου από χάλυβα σύμφωνα με την ΥΔΜ, δείχνουν ότι τα σύμμικτα πλαίσια έχουν καλύτερη σεισμική συμπεριφορά από τα μεταλλικά και φαίνεται να είναι πιο οικονομικές κατασκευές.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι ο κίνδυνος ρύπανσης των αντλητικών γεωτρήσεων της ΔΕΥΑ Πάτρας από ρύπους που μεταφέρονται μέσα στο υδροφόρο στρώμα, τόσο μέσω του νερού που εμπλουτίζει τον υδροφορέα, όσο και από τοπικές ρυπάνσεις που προέρχονται από ανθρώπινες δραστηριότητες. Σημειώνεται ότι ο υδροφορέας του Γλαύκου ποταμού είναι ένας σημαντικός ταμιευτήρας γλυκού νερού για την πόλη των Πατρών. Εξετάστηκε η εξάπλωση ρυπάνσεων που μπορούν να προέρχονται (i) από τον ποταμό Γλαύκο, (ii) από την περιοχή των χειμάρρων Διακονιάρη–Ελεκίστρας, (iii) από την περιοχή Σαραβαλίου–Κρήνης, όπου ο υδροφορέας του Γλαύκου εμπλουτίζεται πλευρικά με σημαντικές ποσότητες νερού που προέρχονται από τους ανάντη καρστικούς σχηματισμούς, (iv) από το νερό της βροχής που κατεισδύει στη μη αστικοποιημένη περιοχή του υδροφορέα και (v) από σημειακές ρυπάνσεις που μπορεί να προκύψουν σε περιοχές με έντονες ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Μια τέτοια περιοχή είναι η περιοχή της δημοτικής Λαχαναγοράς. Η διερεύνηση έγινε με το αριθμητικό μοντέλο MT3DMS (Zheng and Wang, 1999). Οι μηχανισμοί μεταφοράς που ελήφθησαν υπόψη είναι η μεταγωγή και η υδροδυναμική διασπορά. Θεωρήθηκε ότι οι ρύποι διαλύονται στο νερό χωρίς να επηρεάζουν την πυκνότητα και το ιξώδες του. Η διείσδυση του θαλασσινού νερού στην παράκτια ζώνη, η οποία επηρεάζει την ροή του γλυκού νερού προς τη θάλασσα, ελήφθη προσεγγιστικά υπόψη (βλέπε Κεφάλαιο 4). Τα υδραυλικά χαρακτηριστικά καθώς επίσης και τα μεγέθη του υδρολογικού ισοζυγίου του υδροφορέα ελήφθησαν από την διδακτορική διατριβή του Ζιώγα (2013). / In this Master’s Thesis, the numerical simulation of groundwater contaminant transport in the coastal aquifer of Glafkos river is studied. The study region is located southwest of the city of Patras in Greece.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι αρχικά η καταγραφή της ανθρώπινης κίνησης με κάποια συσκευή παρακολούθησης και κατόπιν η δημιουργία ενός αντιπροσωπευτικού μοντέλου, ώστε να μπορεί να μελετηθεί η δυναμική του συμπεριφορά. Ως συσκευή καταγραφής χρησιμοποιήθηκε ο αισθητήρας Kinect της Microsoft. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε αφορά κυρίως τα κάτω άκρα του ανθρώπου και επιπλέον διαθέτει μυοσκελετική δομή με 86 μύες. Στα πλαίσια των αναλύσεων χρησιμοποιήθηκαν διάφορες τεχνικές για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων, όπως είναι η αντίστροφη κινηματική, αντίστροφη δυναμική, υπολογισμός μυϊκών διεγέρσεων και ορθή δυναμική και προτείνουμε μια στρατηγική για την ανάλυση και την εξαγωγή αποτελεσμάτων. / The research developed in this thesis first deal with the problem of capturing the human body motion and then concentrates on the creation of musculoskeletal models, which can capture and accurately study its dynamical behavior. The Microsoft's Kinect sensor was utilized to capture the human motion. The model used for the simulations is the human lower extremity with 86 attached muscles. For the analysis phase we used some common methods such as inverse kinematics, inverse dynamics, computed muscle control and forward dynamics and we showed a general pipeline strategy for generating correct results.

The advent of efficient genome sequencing tools and high-throughput experimental biotechnology has lead to an enormous progress in life sciences. Among the most important innovations is the microarray technology. It allows to quantify the expression of thousands of genes simultaneously by measuring the hybridization from a tissue of interest to probes on a small glass or plastic slide. Before launching into microarray research it is important to recall that the characteristics of this data include a fair amount of noise and an atypical dimensionality (which makes difficult the use of classic statistics tools – experimental samples in the order of dozens and measured parameters in thousands or tens of thousands). Therefore, the main goal of this thesis is the development of adequate computational methods and algorithms, capable of extracting valuable biological knowledge from this type of data. Applications of microarray technology as a tool for gene expression analysis range from the assignment of functional categories for genes of unknown biological function (based on the analysis of genes with already established biological role), to precise and early diagnosis of different tumor malignancies. However, the main goal of computational analysis of gene expression data is the extraction of regulatory knowledge at genetic level that may be used to provide a broader understanding on the functioning of complex cellular systems. In this direction, revealing the structures of regulatory networks based of gene expression data becomes a pivotal task. The thesis contributes with a framework for the discovery of biological functional category of genes based on the synergy of ICA and a dynamic SOM-based clustering algorithm, that accurately finds groups of co-regulated genes, while identifying interesting regulatory signals within the data with the help of ICA decomposition. We also pursue the task of molecular characterization of different tumor types using gene expression profiling, by providing a novel method for tissue samples classification, based on an ensemble of classifiers sequentially trained on reweighted versions of the data. The algorithm, known as boosting, is adapted to peculiarities of gene expression data and employed in conjunction with SVMs. Additionally, the novel concept of finding predictive genes whose signatures are significant for phenotype discrimination is treated. Finally, the thesis presents a method developed for reverse-engineering gene regulatory networks based on recurrent neuro-fuzzy networks, which exploits the advantages of fuzzy-based models, in terms of results interpretability, and those of neural systems, in terms of computational power and time series prediction capabilities. / H έλευση ικανών υπολογιστικών εργαλείων για την μελέτη της γενομικής ακολουθίας και της ερευνητικής βιοτεχνολογίας υψηλής ανάλυσης, οδήγησε σε μια τεράστια πρόοδο στις επιστήμες ζωής. Μεταξύ των πιο σημαντικών καινοτομιών είναι η τεχνολογία μικροσυστοιχιών. H τεχνολογία αυτή επιτρέπει την ποσοτικοποίηση της έκφρασης χιλιάδων γονιδίων ταυτόχρονα, μετρώντας τον υβριδισμό από έναν ιστό ενδιαφέροντος έως σε δείγματα σε μικρό γυαλί η σε πλαστικά τσιπ. Πριν ξεκινήσουμε την έρευνα πάνω στις μικροσυστοιχίες είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι τα χαρακτηριστικά των δεδομένων αυτής περιλαμβάνουν αρκετό ποσό θορύβου και ένα μη τυπικό αριθμό διαστάσεων (το οποίο καθιστά δύσκολη την χρήση κλασσικών στατιστικών μεθόδων – μέγεθος δείγματος σε δωδεκάδες και μέγεθος χαρακτηριστικών σε χιλιάδες η δεκάδες η εκατοντάδες). Επομένως, ο κύριος στόχος αυτής της διδακτορικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ικανών υπολογιστικών μεθόδων και αλγόριθμων έτσι ώστε να εξάγουν πολύτιμη βιολογική γνώση από τον συγκεκριμένο τύπο δεδομένων. Εφαρμογές της τεχνολογίας μικροσυστοιχιών σαν ένα εργαλείο για την ανάλυση έκφρασης γονιδίων ξεκινούν από την εύρεση και απόδοση λειτουργικών κατηγοριών για γονίδια άγνωστης βιολογικής λειτουργικότητας (βασισμένη στην ανάλυση των γονιδίων ήδη εδραιωμένου βιολογικού ρόλου) έως την ακριβή και πρώιμη διάγνωση διαφορετικών κακοήθων όγκων. Όμως ο κύριος στόχος της υπολογιστικής ανάλυσης της έκφρασης γονιδίων είναι η εξαγωγή ρυθμιζόμενης γνώσης στο γενετικό επίπεδο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε να παρέχει μία ευρύτερη κατανόηση της λειτουργίας πολύπλοκων κυτταρικών συστημάτων. Σε αυτή την κατεύθυνση, το να αναδεικνύεις τις δομές ρυθμιστικών δικτύων βασισμένων στην έκφραση γονιδίων γίνεται καίριο έργο. Η διδακτορική διατριβή συνεισφέρει στο πλαίσιο για την ανακάλυψη βιολογικά λειτουργικών κατηγοριών γονιδίων βασισμένη στην συνεργία της ΙCA και της δυναμικού βασισμένου στη SOM ομαδοποίηση αλγορίθμου η οποία με ακρίβεια βρίσκει ομάδες γονιδίων που συν-ρυθμίζονται ενώ παράλληλα αναγνωρίζει ενδιαφέροντα ρυθμιστικά σήματα μέσα στα δεδομένα με τη βοήθεια της ΙCA αποδόμησης. Eπίσης, προσανατολιζόμαστε στην εύρεση του μοριακού χαρακτηρισμού διαφορετικών τύπων όγκων χρησιμοποιώντας το προφίλ της γονιδιακής έκφρασης, βασισμένο σε ένα σύνολο κατηγοριοποιητών οι οποίοι εκπαιδεύτηκαν σειριακά σε επανασταθμισμένες παραλλαγές των δεδομένων. Ο αλγόριθμος, γνωστός και σαν boosting, έχει προσαρμοστεί στις ιδιαιτερότητες των δεδομένων έκφρασης γονιδίου και εφαρμόζεται σε συνδυασμό με τα SVMs. Επιπλέον, εξετάζεται η πρωτοποριακή τεχνική της εύρεσης προβλέψιμων τιμών των οποίων οι υπογραφές είναι σημαντικές για τον χαρακτηρισμό φαινότυπου. Τελικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζει μια μέθοδο που αναπτύχθηκε για αντίστροφα μηχανικά ελεγχόμενα από γονίδια νευρωνικά δίκτυα βασισμένα σε αναδρομικά νευρωνικά δίκτυα τύπου fuzzy, τα οποία αξιοποιούν τα πλεονεκτήματα των μοντέλων τύπου fuzzy σε βάση επεξηγηματικότητας αποτελεσμάτων, και αυτών των νευρωνικών δικτύων σε βάση υπολογιστικής δύναμης και ικανότητας πρόβλεψης χρονοσειρών.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η θεωρητική και υπολογιστική προσομοίωση της πτήσης ατμοσφαιρικής καθόδου υψηλών ταχυτήτων, με ιδιαίτερη έμφαση στις υπερυπερηχητικές ταχύτητες και την αεροδυναμική και θερμοδυναμική ανάλυσή της. Η μεθοδολογία που ακολουθείται έχει ως κύριο σκοπό την πρόβλεψη του ίχνους επιστροφής υπερυπερηχητικών οχημάτων στη Γη, με δεδομένο οι ταχύτητες πτήσης να φτάνουν τα 15000 m/s (αριθμός Mach ~ 40) και οι θερμοκρασίες ανακοπής τους 15000 Κ. Στην εργασία αυτή ακολουθείται μεθοδολογική προσέγγιση και συστηματική βιβλιογραφική έρευνα στον επιστημονικοτεχνικό τομέα της αεροδυναμικής υπερθέρμανσης, που υφίστανται Υπερυπερηχητικά Οχήματα (Υ/Ο), κατά την πτήση τους στην ατμόσφαιρα. Η ανάλυση της υπερυπερηχητικής ροής, των θερμικών φορτίων και οι μέθοδοι θερμοθωράκισης των Υ/Ο αναπτύσσονται τις τελευταίες δεκαετίες και εξελίσσονται συνεχώς, αλλά μέχρι και σήμερα (2008), προκύπτουν αστοχίες, κυρίως κατά την επανείσοδό τους στην ατμόσφαιρα από το διάστημα. Για την προσομοίωση της υπερυπερηχητικής πτήσης καθόδου στην ατμόσφαιρα γίνεται μελέτη και ανάλυση των θερμοχημικών ιδιοτήτων και παραμέτρων, οι οποίες χαρακτηρίζουν τα ροϊκά πεδία στις υψηλές ταχύτητες και υψηλές θερμοκρασίες. Ο προσδιορισμός των μεταβαλλόμενων ροϊκών συνθηκών, των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων και μεγεθών μεταφοράς θα συμβάλλει στις θεωρίες μοντελοποίησης και υπολογισμού της υψηλής θερμικής καταπόνησης, της σύστασης του υπέρθερμου αέρα και της υψηλής θερμοκρασίας του στην εξωτερική επιφάνεια του θερμομονωτικού τοιχώματος οχημάτων υψηλών ταχυτήτων, κατά την πτήση τους στην ατμόσφαιρα της Γης. Στα πλαίσια αυτά αναπτύσσονται υπολογιστικοί αλγόριθμοι προσομοίωσης και επιτυχούς πρόβλεψης του ατμοσφαιρικού ίχνους καθόδου οχημάτων υπερυπερηχητικής μεταφοράς. Τα βασικά αεροδυναμικά χαρακτηριστικά των ανωστικών οχημάτων στις υψηλές ταχύτητες υπολογίζονται με κατάλληλη προσαρμογή της κλασσικής Νευτώνειας Ροής στις υψηλές ταχύτητες και επιβεβαιώνονται με πειραματικά δεδομένα αεροδυναμικών μετρήσεων σε αεροσήραγγες υψηλών ταχυτήτων της NASA. Επιπλέον στη διατριβή ενσωματώνονται μοντέλα προσομοίωσης των ιδιοτήτων συμπεριφοράς του υπέρθερμου αέρα ως πραγματικού αερίου σε συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας σε ακραίες ροϊκές συνθήκες (υψηλές ταχύτητες, υψηλές πιέσεις και χαμηλές πυκνότητες). Πιο συγκεκριμένα γίνεται ανάλυση της μεταβαλλόμενης σύστασης και των ιδιοτήτων του αέρα (θερμοδυναμικά μεγέθη και μεγέθη μεταφοράς) στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες του υπέρθερμου ροϊκού πεδίου. Η μελέτη αυτή θα οδηγήσει στην εξαγωγή ενός νέου μοντέλου υπολογισμού της μεταφερόμενης θερμικής ροής στην περιοχή ανακοπής υπερυπερηχητικών οχημάτων, το οποίο επιβεβαιώνεται τόσο με διεθνώς αναγνωρισμένα θερμικά μοντέλα (όπως αυτό των Fay-Riddell) όσο και με υπολογιστικές προσομοιώσεις άλλων ερευνητών. Η μεθοδολογία που ακολουθείται θα αποτελέσει τη βάση για την εξαγωγή ενός νέου θεωρητικού μοντέλου υπολογισμού της θερμοκρασίας του αέρα στην επιφάνεια του θερμοθώρακα του υπερυπερηχητικού οχήματος. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας, με το συνδυασμό κινηματικής και αεροθερμοδυναμικής ανάλυσης σε ενιαίο υπολογιστικό αλγόριθμο, αποδεικνύεται και ενισχύεται μέσω της εφαρμογής των ανωτέρω μοντέλων προσομοίωσης σε βαλλιστικό (διαστημικός θαλαμίσκος Απόλλων) και ανωστικό (Σύστημα Διαστημικής Μεταφοράς, γνωστό ως Διαστημικό Λεωφορείο Space Shuttle) υπερυπερηχητικό όχημα. Τα αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθόδου συγκρίνονται, αξιολογούνται και πιστοποιούνται με παρόμοια από διεθνώς αναγνωρισμένα υπολογιστικά συστήματα και πειραματικά δεδομένα μετρήσεων σε υπερυπερηχητικές αεροσήραγγες οχημάτων υψηλών ταχυτήτων. Μέσα στις επόμενες δεκαετίες, η εξέλιξη των υπερυπερηχητικών συστημάτων μεταφοράς θα είναι ραγδαία και ιδιαίτερα ελκυστική από τεχνολογικής πλευράς με ελπιδοφόρα μηνύματα για "γήϊνες" μετακινήσεις με υψηλές ταχύτητες σε σύντομους χρόνους, αλλά και πιθανές μετοικήσεις ανθρώπων-αστροναυτών σε άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Έτσι η παρούσα διδακτορική διατριβή, αξιοποιώντας τις προόδους που έχουν συντελεστεί τα τελευταία χρόνια, εκτιμάται ότι συμβάλλει ουσιαστικά στο ακόμα υπό εξέλιξη – για τα ελληνικά δεδομένα πρωτόγνωρο – επιστημονικό πεδίο της Υπερυπερηχητικής Αεροθερμοδυναμικής, και στην ανάπτυξη μεθοδολογίας για τον αεροθερμοδυναμικό σχεδιασμό υπερυπερηχητικών οχημάτων. Το προτεινόμενο σύνθετο μοντέλο κινηματικής και θερμοδυναμικής υπολογιστικής ανάλυσης και η μεθοδολογία που ακολουθείται έχει ισχύ και εφαρμογή στην πλειονότητα των περιπτώσεων των υπερυπερηχητικών πτήσεων στη γήινη και, με κατάλληλες προσαρμογές, σε οποιαδήποτε πλανητική ατμόσφαιρα. Βεβαίως, η προτεινόμενη μεθοδολογία έχει περιθώρια εξέλιξης και ανάπτυξης, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοσή της με την εισαγωγή και νέων στοιχείων, αλλά και να διευρυνθεί το φάσμα των δυνατών εφαρμογών της. / The object of the present doctoral thesis constitutes the theoretical and calculating simulation of high-speed atmospheric flightmotion, with particular emphasis in hypersonic speeds and aerodynamic and thermodynamic analysis. The methodology that is followed has as main aim the prediction of return flight trace of hypersonic vehicles in Earth’s ground, assuming the speeds of flight to reach the 15000 m/s (Mach number ~ 40) and stagnation temperatures the 15000 K. In this work are followed methodological approach and systematic bibliographic research in the scientific field of aerodynamic overheating that suffers Hypersonic Vehicles(H/V) at their flight in Earth’s atmosphere. The analysis of hypersonic flow, thermal loads and new methods for thermal protection systems of H/V are developed the last decades and are evolved continuously, but until today (2008) resulting failures mainly at their reentry in atmosphere from the interval. For the simulation of the atmospheric hypersonic flight motion become study and analysis of thermodynamic properties and parameters, that characterize the flow fields in high speeds and high temperatures. The determination of altered flow conditions, thermodynamic properties and transport magnitudes will contribute in the theories of modelling and high thermal strain calculations, in the constitution of overheating air and it’s high temperature determination in the external surface of heat insulation wall of high-speed vehicles at their flight in Earth’s atmosphere. In this work are developed calculating algorithms of simulation for the successful prediction of atmospheric flight motion of hypersonic transport vehicles. The basic aerodynamic characteristics of lifting vehicles in high speeds are calculated with suitable adaptation of classic Newtonian Flow in high speeds and are confirmed with experimental data of aerodynamic measurements in high speed wind-tunnels of NASA. Moreover in this thesis are incorporated models for the simulation of properties of overheating air behaviour as real gas in thermodynamic balance in extreme flow conditions (high speeds, high pressures and low densities). Particularly becomes analysis of the altered constitution and properties of air (thermodynamic magnitudes and transport magnitudes) in very high temperatures on hypersonic flow field. This study will lead to the export of a new model for the transported thermal stagnation region calculations of hypersonic vehicles, which is confirmed so much with internationally recognized thermal models (as that of Fay-Riddell) and with calculating simulations of other researchers. The methodology that is followed will constitute the base for the export of a new theoretical model for high temperature air calculations in thermal protection systems surface of hypersonic vehicles. The effectiveness of proposed methodology, with the combination kinematic and aerothermodynamics analysis in united calculating algorithm, is proved and confirmed via the application of above simulation models on ballistic (Apollo Command Module) and lifting (Space Transportation System, known as Space Shuttle) hypersonic vehicles. The results of proposed method are compared, evaluated and certified with similarly by internationally recognized calculating systems and experimental data of measurements in hypersonic wind-tunnels for high speed vehicles. In the next decades, the development of hypersonic transportation systems will be rapid and particularly attractive from technological side with hopeful messages for “earthy” transfers with high speeds in short times, but also likely persons-astronaut missions in other planets of solar system. Thus the present doctoral thesis, developing the progress that has taken place in the past few years, is appreciated that it contributes substantially in still under development - for the Greek data unusual - scientific field of Hypersonic Aerothermodynamics, and in the growth of methodology for the aerothermodynamic construction of hypersonic vehicles. The proposed complex model of kinematic and thermodynamic calculating analysis and it’s methodology that is followed have influence and application in the majority of cases of hypersonic flights in earthy and, with properly adaptations, in anyone planetary atmosphere. Of course, the proposed methodology has margins of development and growth in order to improve her efficiency with the import of also new elements and also extended the spectrum of her possible applications.