Σύμφωνα με την πρόσφατη έκθεση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας κρίνεται ως ιδιαίτερα σημαντική. Αυτό οφείλεται στα φαινόμενα σκέδασης και απορρόφησης που προκαλούν στην ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάδοσή της στην ατμόσφαιρα και στην επίδρασή τους στις ιδιότητες των νεφών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια ανάλυσης των δεδομένων που έχουμε στη διάθεσή μας από το διεθνές δίκτυο επίγειων σταθμών AERONET που λειτουργεί υπό την αιγίδα της NASA και από το δορυφορικό όργανο MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) που βρίσκεται στους δορυφόρους πολικής τροχιάς Terra και Aqua με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη χωρική και εποχική διακύμανση των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων και σχετικά με την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σύγκριση με το MODIS των δορυφόρων Terra και Aqua. Η μελέτη έγινε για τρεις αστικές περιοχές της Ελλάδας, την Αθήνα, το Ηράκλειο και τη Θεσσαλονίκη, όπου υπάρχουν επίγειοι σταθμοί και δορυφορικά δεδομένα από τη γύρω περιοχή με χωρική ανάλυση 10x10 km2. Η δομή της εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο, δίνεται ο ορισμός των αιωρούμενων σωματιδίων, αναλύεται η χημική τους σύσταση, οι μορφές στις οποίες απαντώνται στην ατμόσφαιρα, οι πηγές προέλευσής τους, η κατανομή τους σε διάφορες κατηγορίες με διαφορετικά κριτήρια όπως επίσης και οι μηχανισμοί απομάκρυνσής τους από την ατμόσφαιρα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύονται οι φυσικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων και οι μηχανισμοί επίδρασής τους στην ακτινοβολία. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στον εκθέτη Angstrom και στο οπτικό βάθος των αιρούμενων σωματιδίων καθώς είναι το αντικείμενο της μελέτης μας. Στη συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά στις επιδράσεις των αιωρούμενων σωματιδίων όσον αφορά στο κλίμα και στο ενεργειακό ισοζύγιο καθώς επίσης στην υγεία και στην ορατότητα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται αρχικά μια αναφορά στο διεθνές δίκτυο επιγείων σταθμών AERONET και στο φασματο-ραδιόμετρο MODIS από όπου έχουμε τις μετρήσεις μας. Έπειτα, περιγράφεται το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεών μας, το οποίο περιλαμβάνει τη σχηματική σύγκριση των μετρήσεων που έχουμε από τους επιγείους σταθμούς και τους δορυφόρους. Περνώντας στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας, αναλύεται η μέθοδος με την οποία γίνεται η χωρική ομαδοποίηση των μετρήσεων από τους δορυφόρους και στη συνέχεια ακολουθεί το δεύτερο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεων κατά το οποίο αναπαρίστανται τα σχήματα ομαδοποίησης των δορυφορικών μετρήσεων με διάφορα κριτήρια. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο, σχολιάζονται τα τελικά αποτελέσματα και εξάγονται τα αντίστοιχα συμπεράσματα για την εποχική και χωρική διακύμανση των αιωρούμενων σωματιδίων, αλλά και την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σχέση με τους δορυφόρους. / According to a recent report by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), the effect of suspended particles in the energy balance of the atmosphere is considered as very important. This is due to scattering and absorption phenomena caused by solar radiation during propagation in the atmosphere and their effect on the properties of clouds. This thesis was an attempt to analyze the available data by the international network of ground aerosol stations AERONET and the satellite instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) on-board the Terra and Aqua satellites and investigate the spatial and temporal variation of the optical properties of aerosols and the representativeness of the earth stations compared to the MODIS satellites Terra and Aqua. The study was conducted in three urban areas of Greece, Athens, Heraklion and Thessaloniki, where there are data from ground-based stations and satellite estimations from the surrounding area with a spatial resolution of 10x10 km2. The structure of this thesis is as follows: The first chapter begins with a definition of aerosols, the analysis of their chemical composition, the forms with which aerosols occur in the atmosphere, the sources of their origin, their distribution in categories with different criteria as well as the mechanisms for their removal from the atmosphere. The second chapter analyzes the physical properties of aerosols and mechanisms of their influence on radiation. Particular attention is given to the Angstrom exponent and the optical depth of aerosols, parameters that lie within the object of our study. In the third chapter, there is a description of the aerosol effects on climate and the energy balance as well as health and visibility. In the fourth chapter, there is firstly a description of the international AERONET network of ground stations and the MODIS spectral radiometer. Then, we describe the first stage of our measurement analysis, which includes the schematic comparison of measurements derived from ground stations and satellites. In the fifth chapter, we analyze the method for the spatial clustering of measurements from satellites and the clustering shapes of satellite measurements using different criteria. Finally, in the sixth chapter, we discuss the results and conclusions corresponding to the seasonal and spatial variability of aerosols, and the representativeness of the ground measurements in comparison with the satellite estimations.

Στη διπλωματική λύνουμε το πρόβλημα του sudoku με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό δεν έχει συγκεκριμένη μορφή αλλά αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα μεταξύ τους πλαστικά μέρη. Με χρήση αυτών κατασκευάσαμε ένα όχημα που αποτελεί παραλλαγή οχήματος από άλλη εργασία. Το όχημα αυτό μπορεί να κινείται μόνο μπροστά και πίσω. Διαθέτει έναν βραχίονα που μπορεί να κινεί δεξιά-αριστερά και στον οποίο εφαρμόζεται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Τέλος, στον βραχίονα υπάρχει θέση για στυλό. Το πρόβλημα του sudoku που δίνεται στο ρομπότ είναι εκτυπωμένο σε ένα χαρτί Α4. Το ρομπότ αναλαμβάνει να το αναγνωρίσει με τον αισθητήρα, να το επιλύσει και να το αποτυπώσει με τη χρήση του στυλό. Για την επίτευξη αυτού του στόχου επιστρατεύονται αλγόριθμοι ρομποτικής και αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης. Συγκεκριμένα για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μετρική και τοπολογική πλοήγησης, στη συνέχεια για την αναγνώριση του προβλήματος και την ταυτοποίηση κάθε εικόνας που λαμβάνεται υλοποιήσαμε αλγόριθμους μορφολογικής επεξεργασία και τέλος για την επίλυση του προβλήματος sudoku υλοποιήσαμε και συγκρίναμε δύο αλγόριθμους, την αναζήτησης κατά βάθος και την αναζήτηση κατά βάθος με διάδοση περιορισμών. Οι τελικοί αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν διαπιστώσαμε ότι πετυχαίνουν το σκοπό τους αφού το όχημα αναγνωρίζει τους αριθμούς του δοσμένου προβλήματος με ποσοστό επιτυχίας 95%, λύνει τα περισσότερα προβλήματα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο και συμπληρώνει επιτυχώς τα κελιά του sudoku με τους σωστούς αριθμούς. Πέρα από αυτές τη σύγκριση των αλγορίθμων θεωρούμε ότι η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος είναι ιδανική για εισαγωγή σε θέματα ρομποτικής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκπαιδευτικό εργαλείο πειραματισμού. Μάλιστα ο κώδικας μας σχολιάζεται επαρκώς σε αυτή την εργασία για να είναι ευκολότερη η κατανόηση του. Εκτός αυτού έχουμε αναπτύξει και πρόγραμμα αλληλεπίδρασης χρήστη-ρομπότ μέσω κονσόλας. / We solve the problem of sudoku using the educational robot LEGO Mindstorm NXT, made by LEGO. This educational robot doesn't have specific form but consists of interlinked plastics. We constructed a vehicle that is a variant from another work. This vehicle can move only forward and back. It has an arm that can move side to side and is equipped with a light sensor and a marker. The problem of sudoku is given to the robot in printed form on a A4 paper. The robot at first recognize the problem with the sensor, then it resolves it and finally writes the solution down by using the pen. To achieve this goal we implemented various algorithms. Specifically, we studied robotic algorithms such as metric and topological navigation. Moreover, to identify the printed problem we processed every captured image morphologically and finally to solve the sudoku instance we implemented and compared two methods, first-depth search and first-depth search with constraint propagation. We should mention that our code is written in Java for the lejOS firmware. The final code is capable of recognizing the numbers of the given problem with a success rate of 95%, solving most problems in less than a second and completing the cells on the paper with the correct numbers. Finally, we have developed an accompanying program that is usable for debugging purposes and for calibrating the robot. Even more, it can be used as education tool.

Το πρόβλημα της μοντελοποίησης του ασύρματου διαύλου συνίσταται σε ένα ολοένα και αυξανόμενο πλήθος παραμέτρων και ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και να ενσωματώνονται στα πλαίσια του RF σχεδιασμού (Radio-Frequency planning) ενός ασύρματου δικτύου εύρωστης παροχής υπηρεσιών. Ο χαρακτηρισμός του ασύρματου καναλιού προϋποθέτει κάτι περισσότερο από μία ντετερμινιστική εξίσωση που υπολογίζει τις απώλειες οδεύσεως ελεύθερου χώρου συναρτήσει της απόστασης πομπού-δέκτη και της συχνότητας. Ένα αξιόπιστο μοντέλο απωλειών σε μία τέτοια περίπτωση απαιτεί τον συνυπολογισμό των απωλειών λόγω των διάφορων μηχανισμών διάδοσης και εξασθένησης της Η/Μ ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων των απωλειών λόγω εμποδίων, αλλά και των φαινομένων σκίασης λόγω ανθρώπινης παρεμβολής. Η σημασία της συμβολής της διατριβής έγκειται στην συγκριτική αντιπαραβολή των βασικότερων μοντέλων απωλειών οδεύσεως και στην αριθμητική διόρθωση και επαναξιολόγηση του μοντέλου της ITU για ένα σύνολο τοπολογιών σύνθετης ράδιο-διάδοσης. Οι προτεινόμενες μας αλλαγές στο μοντέλο ITU αύξησαν σημαντικά την αξιοπιστία του όχι μόνο σε σχέση με την αρχική του απόδοση αλλά και συγκριτικά με τα υπόλοιπα μοντέλα. Επιπρόσθετα, υπολογίσαμε αναλυτικά για κάθε τοπολογία την εξασθένηση ανά απόσταση και προβήκαμε στην μοντελοποίηση της γεωγραφικής διασποράς της εξασθένησης ανά απόσταση με τρόπο που μπορεί να αποτελέσει το θεμέλιο ενός προγνωστικού εργαλείου για την παράμετρο αυτή. Επίσης, εξετάσαμε τις διαλείψεις μεγάλης κλίμακας και καταλήξαμε σε μία καινοτόμο μέθοδο για τον υπολογισμό του βάθους σκίασης απευθείας από τα εμπόδια της εκάστοτε τοπολογίας. Η μέθοδος αυτή προτάθηκε και ελέγχθηκε για την ακρίβειά της στα 2.4 GHz, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί για κάθε συχνότητα ενδιαφέροντος εφόσον ακολουθηθούν οι διαδικασίες καταμέτρησης των απωλειών σκίασης των εμποδίων κάθε τύπου και πλήθους. Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να υπολογιστεί και η εξασθένηση ανά απόσταση μέσω του βάθους σκίασης, συνεπώς είναι εφικτός ο χαρακτηρισμός της εξασθένησης εντός της τοπολογίας χωρίς την αναγκαιότητα πραγματοποίησης εκτεταμένων μετρήσεων. Επιπρόσθετα, εξετάσαμε πώς διαφορετικοί μηχανισμοί ράδιο-διάδοσης οδηγούν σε διαφορετική γεωγραφική διασπορά των τοπικών τιμών της λαμβανόμενης ισχύος. Τέλος, παρουσιάστηκε η λύση της Ασφάλειας Φυσικού Επιπέδου (Wireless Information-Theoretic Security, WITS) με διερεύνηση της επίδρασης των ρεαλιστικών απωλειών οδεύσεων ενός ασύρματου διαύλου με εμπόδια και διαλείψεις στα όρια των τιμών των παραμέτρων, ενώ επίσης εξετάστηκε για πρώτη φορά σε κλειστή μορφή η Αποκοπή Χωρητικότητας Ασφαλείας (Outage Secrecy Capacity). Μελετήσαμε την επίδραση της κινητικότητας των χρηστών στην αξιοπιστία της μεθόδου σε επίπεδο προσομοιώσεων αλλά και με πειραματικές μετρήσεις, αξιολογώντας ποσοτικά και ποιοτικά την επίδρασή τους στα όρια τιμών των παραμέτρων υπό την παρουσία ενός ωτακουστή, και εν συνεχεία σε καθεστώς πολλαπλών ωτακουστών, θεωρώντας μέθοδο συνεργασίας ωτακουστών SC και MRC. / Wireless Channel Modeling consists of an even more increasing number of factors and parameters that need to be accounted for, in the context of RF planning. Wireless Channel Characterization requires more than a deterministic formula for calculating free space path loss in relation to frequency and distance. A reliable path loss model needs to incorporate in its formula the various propagation mechanisms that influence signal attenuation, including losses due to obstacles and human body shadowing. The importance of our contribution lies in the comparative evaluation and validation of the most fundamental RF path loss models and in the numerical adjustment and re-evaluation of the ITU path loss model for a number of different complex propagation topologies. Our suggested correction to the ITU model has significantly increased its prediction precision compared not only to the initial ITU model but also to all other path loss models in question. In addition, we have calculated the attenuation over distance and modeled the distribution of the local mean values versus distance throughout each topology, in a way that can serve as the foundation of a prediction method for this parameter. The large-scale fading of the received signal has also been characterized and a new empirical method for the calculation of the shadow depth has been introduced. This method has been validated for the 2.4 GHz frequency, but it can be applied to any frequency of interest as long as the respective obstacle-caused losses are measured. Extending this method can be applied in order to calculate the attenuation over distance as a function of shadow depth, therefore allowing us to predict this parameter without extensive measurements. The impact of different propagation mechanisms on the variation of distribution of local mean values of received signal power throughout the topology has also been studied. Finally, the concept of Wireless Information-Theoretic Security (WITS) was discussed, by investigating the impact of channel-dependent variation of path loss on the boundaries of secure communications as defined by WITS parameters, whereas a closed-form expression for Outage Secrecy Capacity was introduced. The impact of user mobility on the range of these parameters was investigated in terms of simulations and experimental measurements, in the presence of a single eavesdropper and also for a multiple eavesdroppers scenario, assuming SC and MRC schemes.