Μία από τις πιο γοργά αναπτυσσόμενες περιοχές της επιστήμης των υπολογιστών είναι η ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων που υποστηρίζουν τις αποφάσεις των χρηστών και παρέχουν ένα ευρύ πεδίο υπηρεσιών. Η εξυπνάδα τους βασίζεται στην παρακολούθηση και αποκωδικοποίηση των αναγκών και την προσομοίωση της συμπεριφοράς του χρήστη. Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η παρουσίαση ενός νέου, αξιόπιστου συστήματος δυναμικής αξιολόγησης της συμπεριφοράς του οδηγού και υποστήριξης αυτού σε πραγματικό χρόνο. Πιο συγκεκριμένα, δίνεται έμφαση στην ανοικτή, προσανατολισμένη προς τις υπηρεσίες (service-oriented) αρχιτεκτονική του, στους κανόνες που το διέπουν και στο υλικό και το λογισμικό που του επιτρέπουν να παρέχει διαλειτουργικές υπηρεσίες. Εφαρμόζεται η συστημική προσέγγιση που αρχίζει με τα στοιχεία εισόδου. Τα στοιχεία αυτά αφορούν βασικά τον οδηγό: προσωπικά στοιχεία, προφίλ, καλούς χειρισμούς κ.ά., το αυτοκίνητο: ταχύτητα, επιτάχυνση, επιβράδυνση, γωνία τιμονιού, αριθμός στροφών κινητήρα, σχέση μετάδοσης στο κιβώτιο ταχυτήτων, μοντέλο και τύπος οχήματος και το περιβάλλον: GPS, RFID, κάμερες, αισθητήρες, ασύρματες και δορυφορικές επικοινωνίες κ.ά. Συνεχίζουμε με την ευφυή - αλγοριθμική, στατιστική κ.λπ. - επεξεργασία αυτών των στοιχείων (α) για να εκτιμήσουμε την τρέχουσα κατάσταση του οδηγού και του οχήματος στις συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες και (β) για να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά και να υποστηρίξουμε παθητικά ή ενεργά τον οδηγό κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού. Παράγουμε πρωτότυπα αποτελέσματα, δηλαδή χρήσιμη πληροφορία και πιθανές συμβουλές προς τον οδηγό του οχήματος, στοιχεία για την συμπεριφορά του οδηγού με σκοπό την περαιτέρω χρήση αυτών των πληροφοριών από άλλους φορείς, όπως ασφαλιστικές, εταιρείες, ελεγκτικά όργανα του κράτους κ.λπ. Βέβαια, οι δυνατότητες που προσφέρονται από το προτεινόμενο σύστημα μπορούν να οδηγήσουν σε οφέλη και για τις ασφαλιστικές εταιρείες οι οποίες καλούνται να εκσυγχρονίζουν συνεχώς τον τρόπο με τον οποίο καθορίζουν το ύψος των ασφαλίστρων. Επιπλέον, το προτεινόμενο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από εταιρείες που διαθέτουν στόλο οχημάτων, προκειμένου να επαληθεύουν και να ελέγχουν την ικανότητα των οδηγών σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, το προτεινόμενο σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από το υπουργείο μεταφορών, την τροχαία, τους φορείς τοπικής διοίκησης κ.ά. / One of the fastest growing areas of computer science is the development of intelligent systems that support user decisions and provide a wide range of services. Their intelligence is based on monitoring and decoding of real needs, as well as the simulation of end user’s behavior. The object of this Thesis is the presentation of a new, integrated system for dynamic evaluation of driver behavior. In particular, we emphasize at its open, service-oriented architecture, the incorporated set of rules and the system hardware and software which allow it to provide interoperability. We apply the systematic approach that begins with the input data plus requirements. These data mainly concern the driver: personal data, profile, good practices etc., the vehicle: speed, acceleration, deceleration, steering angle, engine speed, gear ratio in gearbox, model and type, and the environment: GPS, RFID, cameras, wireless and satellite communications, etc. Then, these data are processed applying an intelligent-algorithmic, statistical etc.- approach in order (a) to evaluate the current state of the driver and the car in certain environmental conditions, and (b) to understand the behavior and passively or actively support the driver during a travel. We produce original results, i.e. useful information and possible recommendations to the driver of the vehicle, data concerning the driver behavior and thus, this information can be further used by others, such as insurance companies, audit institutions of state etc. We place great emphasis on cutting-edge technologies that are applied to achieve the required feedback, parameterization and adaptation of the system. Of course, the capabilities offered by the proposed system can lead to clear benefits for various organizations, like insurance companies, which are required to continually update their price policy, companies that have a fleet of vehicles, in order to verify the ability of the drivers and support them in real time. Finally, the proposed system could be used by the Ministry of Transport, the traffic police, the local authorities etc.

Αντικείμενο της συγκεκριμένης εργασίας αποτελεί η μελέτη των χαρακτηριστικών του μοντέλου εκπαιδευόμενου, ο καθορισμός των απαιτούμενων εξ' αυτών για ένα προσαρμοστικό σύστημα ηλεκτρονικής μάθησης καθώς και ο αποδοτικότερος τρόπος αναπαράστασής τους. Επίσης μελετώνται οι τρόποι συλλογής δεδομένων για την δημιουργία και συνεχή ανανέωση του μοντέλου (μοντελοποίηση) καθώς και οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται, με σκοπό την υλοποίηση του καταλληλότερου και αποδοτικότερου εξ' αυτών. Η διπλωματική στοχεύει στη δημιουργία ενός μοντέλου χρήστη-εκπαιδευόμενου συνοδευόμενο από τους αντίστοιχους αλγορίθμους μοντελοποίησης το οποίο θα συγκεντρώνει την απαραίτητη πληροφορία για την αυτοματοποιημένη και προσαρμοσμένη επιλογή κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού προς τον συγκεκριμένο χρήστη, με ευκολία και αφαιρετικότητα προς τον χρήστη. / In the present thesis we are studying the characteristics that can be represented in a user model, we define those that are essential in a student model and we propose an efficient way of representation. We also study the different ways of constructing and updating a student model and the algorithms that can be used in order to implement the most appropriate and efficient of them. The main purpose of the thesis is the development of a student model, with the suitable algorithms, that will support the automated process of adapted educational material provision in an easy and abstract way.

It is clear that renewable resources have received great interest from the international community during the last decades and play a crucial role in the current CO2-mitigation policy. In this regard, energy from biomass and waste is seen as one of the most dominant future renewable energy sources. Thus, organic waste i.e. animal wastes, wastewaters, energy crops, agricultural and agro-industrial residues are of specific importance since these sources do not compete with food crops in agricultural land usage. The various technologies that are available for power generation from biomass and waste can be subdivided into thermochemical, biochemical and physicochemical conversion processes. Anaerobic digestion (AD), classified within the biochemical conversion processes, is a robust process and is widely applied. Various types of biomass and waste, can be anaerobically co-digested to generate a homogeneous mixture increasing both process and equipment performance. This study focused on the valorization of agro-industrial wastes (such as olive mill wastewater (OMW), cheese whey (CW) and liquid cow manure (LCM)) and sweet sorghum stalks. Olive mills, cheese factories and cow farms are agro-industries that represent a considerable share of the worldwide economy with particular interest focused in the Mediterranean region. These industries generate millions of tons of wastewaters and large amounts of by-products, which are in many cases totally unexploited and thus dangerous for the environment. On the other hand, sweet sorghum as a lignocellulosic material represents an interesting substrate for biofuels production due to its structure and composition. Anaerobic co-digestion experiments using different mixtures of agro-industrial wastes were performed in a two-stage system consisting of two continuously stirred tank reactors (CSTRs) under mesophilic conditions (37°C). Subsequently, more mixtures were studied, where sweet sorghum was added, in order to simulate the operation of a centralized AD plant fed with regional agro-wastes which lacks OMW or/and CW due to seasonal unavailability. Two operational parameters were examined in a two-stage system, including pH and HRT. Batch experiments were performed in order to investigate the impact of controlled pH on the production of bio-hydrogen and volatile fatty acids, whereas continuous experiments (CSTRs) were conducted for the evaluation of HRT effect on hydrogen and methane production. Moreover, further exploitation of digestate from an anaerobic methanogenic reactor was studied using a combined ultrafiltration/nanofiltration system and further COD reduction was obtained. On the other hand, vermicomposting was conducted in order to evaluate the sludge transformation to compost and as a result, good results in terms of increased N-P-K concentration values were obtained. Furthermore, simulation of mesophilic anaerobic (co)-digestion of different substrates was applied, using the ADM1 modified model, where the results indicated that the modified ADM1 was able to predict reasonably well the steady-state experimental data. / Είναι φανερό ότι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της διεθνούς κοινότητας τις τελευταίες δεκαετίες καθώς διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην μείωση του CO2. Η ενέργεια από βιομάζα και απόβλητα θεωρείται ως μία από τις πλέον κυρίαρχες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας του μέλλοντος. Έτσι, τα οργανικά απόβλητα όπως κτηνοτροφικά, ενεργειακές καλλιέργειες, γεωργικά και βιομηχανικά υπολείμματα κ.ά έχουν ιδιαίτερη σημασία, δεδομένου ότι οι πηγές αυτές δεν ανταγωνίζονται με τις καλλιέργειες τροφίμων της γεωργικής γης και ωστόσο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας και βιοκαυσίμων. Το αυξημένο ενδιαφέρον για τις διεργασίες που αφορούν στη μετατροπή της βιομάζας σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως είναι η αναερόβια χώνευση, τόνωσε την έρευνα σε αυτόν τον τομέα με αποτέλεσμα την υλοποίηση ενός σημαντικού αριθμού ερευνητικών έργων για να αξιολογηθούν οι ιδανικές συνθήκες χώνευσης διαφόρων υποστρωμάτων, όπως είναι τα αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα και οι ενεργειακές καλλιέργειες. Στη παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκαν πειράματα αναερόβιας συγχώνευσης χρησιμοποιώντας αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα ή/και γλυκό σόργο. Τα αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα, όπως είναι τα απόβλητα ελαιοτριβείου, τυροκομείου αλλά και βουστασίου, χαρακτηρίζονται από υψηλό οργανικό φορτίο και συνεπώς θεωρούνται ακατάλληλα για απευθείας διάθεση σε περιβαλλοντικούς αποδέκτες. Συγχώνευση αυτών οδήγησε σε υψηλές αποδόσεις μεθανίου κάτι το οποίο οφείλεται σε συνεργιστικές επιδράσεις όπως η συμβολή επιπλέον αλκαλικότητας, ιχνοστοιχείων, θρεπτικών κτλ. Περαιτέρω μίγματα μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας το γλυκό σόργο με σκοπό την προσομοίωση λειτουργίας μιας κεντρικής μονάδας αναερόβιας χώνευσης, η οποία τροφοδοτείται με τοπικά απόβλητα τα οποία θα αντικατασταθούν σε περίοδο μη εποχικής διαθεσιμότητας από το γλυκό σόργο. Τα μίγματα αυτά μελετήθηκαν σε διβάθμιο σύστημα διερευνώντας την επίδραση των δύο σημαντικότερων λειτουργικών παραμέτρων (του pH και του υδραυλικού χρόνου παραμονής, HRT) στην απόδοση του συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση του pH στην παραγωγή υδρογόνου και μεταβολικών προϊόντων, ενώ πειράματα συνεχούς λειτουργίας διεξήχθηκαν για τη μελέτη της επίδρασης του HRT στην παραγωγή υδρογόνου και μεθανίου σε διβάθμιο σύστημα. Περαιτέρω αξιοποίηση του χωνευμένου υπολείμματος μελετήθηκε με χρήση συνδυασμένου συστήματος υπερδιήθησης/νανοδιήθησης επιτυγχάνοντας επιπρόσθετη μείωση του οργανικού φορτίου στο διήθημα. Η μετατροπή της αναερόβια χωνευμένης ιλύος σε λίπασμα αξιολογήθηκε μέσω κομποστοποίησης με γεωσκώληκες (vermi-composting) επιτυγχάνοντας ικανοποιητικά αποτελέσματα στην αύξηση των συγκεντρώσεων N-P-K. Επιπλέον, αναπτύχθηκε τροποποιημένο μοντέλο της αναερόβιας χώνευσης (ADM1) με στόχο την προσομοίωση της αναερόβιας συγχώνευσης διαφορετικών υποστρωμάτων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι το μοντέλο ήταν σε θέση να προβλέψει σε ικανοποιητικό βαθμό την πορεία των πειραματικών δεδομένων.

Η υλοποίηση πρακτικών ασύρματων συστημάτων επικοινωνίας δεδομένων στην τεχνολογία UWB παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, κυρίως λόγω της χαμηλής ισχύος εκπομπής και της πολύ σύντομης διάρκειας των παλμών που χρησιμοποιούνται, οι οποίοι θα πρέπει να στέλνονται με πολύ μεγάλες ταχύτητες για την επίτευξη των επιθυμητών ρυθμών μετάδοσης. Το κανάλι μετάδοσης είναι ιδιαίτερα επιλεκτικό ως προς την συχνότητα και εξαιρετικά πυκνό και πλούσιο σε πολυοδικές συνιστώσες με αρκετά μεγάλες καθυστερήσεις. Αυτές οι συνιστώσες μπορούν να ανιχνευθούν και να συλλεχθούν χρησιμοποιώντας κατάλληλες δομές δεκτών RAKE, οι οποίοι τις συνθέτουν ώστε να μεγιστοποιηθεί η ενέργεια του ωφέλιμου σήματος, αυξάνοντας την απόδοση του συστήματος. Οι δομές αυτές παρουσιάζουν την καλύτερη απόδοση σε τέτοια συστήματα, αλλά έχουν μεγάλη υπολογιστική πολυπλοκότητα, καθώς για την ικανοποιητική απόδοση του συστήματος πρέπει να συνδυάσουν πολλές συνιστώσες, δεδομένης και της χαμηλής ισχύος εκπομπής της τεχνολογίας. Συνεπώς, για την υλοποίηση ενός πρακτικού και αποδοτικού συστήματος, σημαντικό ζήτημα αποτελεί ο τρόπος επιλογής και συνδυασμού των συνιστωσών μέσω ενός αλγορίθμου που θα χρησιμοποιεί τον μικρότερο δυνατό αριθμό δακτύλων. Στόχοι της διατριβής ήταν η μελέτη της τεχνολογίας UWB, η διερεύνηση των παραμέτρων των παλμικών UWB συστημάτων, η μελέτη και εξομοίωση μοντέλων του καναλιού, η κατανόηση των οποίων είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική ανίχνευση του σήματος και τον σχεδιασμό των αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος, η διερεύνηση δεκτών RAKE καθώς και εναλλακτικών δομών, οι εξομοιώσεις πομποδέκτη παλμικού UWB σε επίπεδο συστήματος με έμφαση στον RAKE και τον εκτιμητή καναλιού, η διερεύνηση παραμέτρων και τεχνικών για την υλοποίηση σε υλικό και τέλος η ανάπτυξη, ο σχεδιασμός και υλοποίηση μιας πρακτικής δομής δέκτη με RAKE αποδιαμορφωτή και εκτιμητή καναλιού που συνδυάζει χαμηλή πολυπλοκότητα και ικανοποιητική απόδοση. Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τρεις νέες διαφορετικές προσεγγίσεις σχεδίασης, οι οποίες βασίζονται σε προτεινόμενο υβριδικό αλγόριθμο (HPS) για την μείωση της πολυπλοκότητας του RAKE και δίνονται αποτελέσματα που αφορούν στην αξιοποίηση του υλικού και στις επιδόσεις του συστήματος. Tα αποτελέσματα παρουσιάζουν το trade-off ανάμεσα στην συλλογή ενέργειας, την απόδοση του δέκτη και την πολυπλοκότητά του. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων αρχιτεκτονικών επαληθεύεται μέσω ειδικής πλατφόρμας αναδιατασσόμενου υλικού στην οποία υλοποιήθηκε η σχεδίαση. / Τhe implementation of practical wireless data communications systems for the UWB technology is very challenging due to the use of low-power ns-duration pulses which have to be sent in a high-frequency in order to achieve the desirable data rates. The UWB channel is highly frequency selective and it is characterized by dense and rich multipath propagation and large multipath delay spreads in some cases. A RAKE receiver can be employed in order to exploit multipath diversity and effectively capture the desired signal energy which is dispersed over the various multipath components, helping to mitigate fading. However, the particular nature of UWB results in very low-energy paths which, in conjunction with high multipath diversity, leads to a RAKE receiver that must exploit a large number of MPCs in order to optimize the received SNR. Thus, for the implementation of a low-complexity system it is important to define a novel method for the selection and combining of MPCs and develop an algorithm that is able to utilize a minimum number of fingers in the RAKE structure. Our work was focused in the study of UWB technology, the investigation of the parameters of IR-UWB systems, the study and understanding of the channel models which is necessary for the design of practical and efficient DSP algorithms, the investigation of RAKE type receivers as well as other alternative structures, the system-level simulations of the IR-UWB transceiver with emphasis given to the algorithms for the RAKE demodulator and channel estimator, the investigation of the parameters and techniques for the implementation of the system in hardware and finally, the development, design, and implementation of a practical receiver structure that includes a RAKE demodulator and a channel estimator and combines low complexity and satisfactory performance. The ultimate goal of this work is the presentation and investigation of the proposed channel estimator and (MRC)-RAKE receiver architecture which is based on a proposed novel hybrid algorithm called HPS. Three different design approaches aiming to a practical system implementation in an FPGA are proposed and compared and system/algorithm performance, hardware utilization results are provided. The obtained results demonstrate the trade-off between energy capture, performance and receiver complexity. The effectiveness of the proposed architectures is verified on a special FPGA platform which was used for the implementation of the receiver structure.