Αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου κατανεμημένου συστήματος διανομής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Η ταχεία ανάπτυξη του Διαδικτύου και η πολυπλοκότητα των υπηρεσιών που προσφέρονται μέσα από αυτό έχει εξαντλήσει τα περιθώρια- όρια της κλασικής αρχιτεκτονικής του εξυπηρετητή και του πελάτη , καθώς, ο συνεχώς αυξανόμενος αριθμός χρηστών που ζητούν διάφορες υπηρεσίες δημιουργούν ένα τεράστιο φορτίο στους εξυπηρετητές, το οποίο δεν είναι σε θέση πια να ικανοποιήσουν. Η αρχιτεκτονική των διομότιμων συστημάτων αποτελεί σήμερα τον πιο υποσχόμενο αντικαταστάτη της αρχιτεκτονικής του εξυπηρετητή-πελάτη για την παροχή υπηρεσιών μέσω του Διαδικτύου. Η υπόθεση αυτή δικαιολογείται, αφού αξιοποιώντας τους πόρους των ίδιων των χρηστών, που αποτελούν πλέον ενεργό κομμάτι του συστήματος, η συγκεκριμένη αρχιτεκτονική μπορεί να εξασφαλίσει κλιμάκωση των συστημάτων αυτών σε αριθμό χρηστών αλλά και σε πόρους, του οποίους και αυτό-διαχειρίζονται για την παροχή οποιασδήποτε υπηρεσίας. Η ανάπτυξη, όμως, διομότιμων συστημάτων προϋποθέτει την επίλυση ενός συνόλου προβλημάτων που προκύπτουν από την κατανεμημένη φύση τους και την πολυπλοκότητα τους. Τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα έχει ασχοληθεί εκτενώς με τα συστήματα αυτά και έχει προτείνει τρόπους επίλυσης των προβλημάτων που εμφανίζουν, οι οποίες όμως επικεντρώνονται σε συγκεκριμένες πτυχές τους, με αποτέλεσμα να μην προσφέρουν ακόμα δυνατότητες επαρκούς αξιοποίησης των πλεονεκτημάτων τους. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκαν η ανάπτυξη και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου κατανεμημένου συστήματος διαμοιρασμού δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα αυτό αποτελείται από τρία διακριτά υποσυστήματα: 1. Ένα διομότιμο σύστημα για το διαμοιρασμό δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Το υποσύστημα αυτό αποτελείται από το γράφο διασύνδεσης των κόμβων που το συγκροτούν και το χρονοπρογραμματιστή που εκτελείται σε κάθε κόμβο. 2. Ένα σύστημα υποστήριξης, το οποίο είναι υπεύθυνο για την παρακολούθηση της λειτουργίας του υποσυστήματος διαμοιρασμού και την παροχή επιπλέον εύρους ζώνης, στην περίπτωση που δεν επαρκούν οι πόροι του πρώτου. 3. Ένα διομότιμο σύστημα για την αποθήκευση και την εύρεση των αντικειμένων που είναι διαθέσιμα προς διανομή μέσω του πρώτου υποσυστήματος. Για την ανάπτυξη του πρώτου υποσυστήματος, αρχικά διερευνήθηκε η φύση της εφαρμογής και ορίστηκαν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Αυτά είναι ο μικρός χρόνος στησίματος, η ανοχή του σε δυναμικά φαινόμενα, όπως είναι η δυναμική συμπεριφορά των χρηστών και του φυσικού δικτύου, η ικανότητα κλιμάκωσης ως προς τον αριθμό των κόμβων και η ικανότητα για διαμοιρασμό δεδομένων με το μεγαλύτερο δυνατό ρυθμό υπό τον περιορισμό του μέσου εύρους ζώνης των κόμβων που αποτελούν το σύστημα. Στη συνέχεια ακολούθησε η μοντελοποίηση της λειτουργίας των συστημάτων κατανεμημένου διαμοιρασμού μέσα από την οποία προέκυψε η κατάλληλη αρχιτεκτονική ενός τέτοιου συστήματος που εγγυάται τη βέλτιστη εκπλήρωση των παραπάνω χαρακτηριστικών. Η προσφορά της παρούσας διατριβής στην έρευνα του επιστημονικού πεδίου των διομότιμων συστημάτων διαμοιρασμού δεδομένων σε πραγματικό χρόνο συνοψίζεται στα παρακάτω σημεία/συμπεράσματα : • Αντίθετα με τη μέχρι τώρα πρακτική που εφαρμόζεται στα συστήματα κατανεμημένου διαμοιρασμού, είναι αναγκαία η παράλληλη ανάπτυξη του γράφου διασύνδεσης και του χρονοπρογραμματιστή έτσι ώστε να μπορεί το κάθε υποσύστημα να χρησιμοποιήσει με βέλτιστο τρόπο τα χαρακτηριστικά του άλλου. • Ο γράφος διασύνδεσης πρέπει να αντικατοπτρίζει τη θέση των κόμβων στο φυσικό υποδίκτυο και να μπορεί να αυτό-οργανώνεται στις δυναμικές αλλαγές του δικτύου ή του πληθυσμού των κόμβων. • Η λειτουργία του χρονοπρογραμματιστή γίνεται πιο αποτελεσματική όταν διαχωρίζεται σε τρεις διαφορετικούς μηχανισμούς. Στο μηχανισμό δημιουργίας κουπονιών, στο μηχανισμό προ-ενεργής αίτησης πακέτου και στο μηχανισμό απόφασης επόμενου κόμβου προς αποστολή πακέτου. Τέλος, υλοποιήθηκαν κατανεμημένοι αλγόριθμοι για τη δημιουργία και την αυτό-οργάνωση του γράφου διασύνδεσης καθώς και οι απαραίτητοι αλγόριθμοι για την υλοποίηση του χρονοπρογραμματιστή. Οι αλγόριθμοι αυτοί σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να χρησιμοποιούν ένα ελάχιστο ποσοστό του εύρους ζώνης των κόμβων χωρίς να συμβιβάζουν την αποτελεσματικότητα και την ταχύτητα σύγκλισής τους. Το δεύτερο ζήτημα που μελετήθηκε είναι η βοηθητική χρήση εξυπηρετητών με στόχο την αδιάλειπτη διάθεση απαραίτητων δικτυακών πόρων (εύρος ζώνης) που απαιτούνται από το σύστημα για τον πλήρη και συνεχή διαμοιρασμό του αντικειμένου. Αναλυτικότερα, ο σύγχρονος διαμοιρασμός βίντεο μέσω διομότιμων συστημάτων απαιτεί τη συνεχή ύπαρξη μέσου εύρους ζώνης συμμετεχόντων κόμβων μεγαλύτερο από το ρυθμό αναπαραγωγής του αντικειμένου που διαμοιράζεται. Αντιθέτως, λόγω της δυναμικής συμπεριφοράς των χρηστών και του απρόβλεπτου μέσου όρου εύρους ζώνης που διατίθεται από τους κόμβους οδηγούμαστε συχνά στη μη ομαλή λειτουργία του συστήματος ή/και στο διαμοιρασμό ενός αντικειμένου με μικρό ρυθμό αναπαραγωγής. Η επίλυση αυτού του προβλήματος απαιτεί την εξασφάλιση του ακριβούς και σε πραγματικό χρόνο υπολογισμού των διαθέσιμων πόρων του συστήματος. Επιπλέον, προϋποθέτει το σχεδιασμό μιας αρχιτεκτονικής που είναι κλιμακούμενη, δηλαδή επιτρέπει την παρακολούθηση συστημάτων στα οποία συμμετέχει πολύ μεγάλος αριθμός χρηστών. Παράλληλα, το προτεινόμενο σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου του εύρους ζώνης πρέπει να εισάγει στο σύστημα όσο το δυνατόν μικρότερη κατανάλωση πόρων. Ομοίως, το εύρος ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές πρέπει να ελαχιστοποιείται με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους λειτουργίας. Τέλος, οι συνδέσεις που δημιουργούνται μεταξύ εξυπηρετητών και κόμβων πρέπει να εισάγουν με τη σειρά τους ελάχιστο φορτίο στο δίκτυο του προτεινόμενου συστήματος. Εκμεταλλευόμενοι, λοιπόν, τις ιδιότητες του χρονοπρογραμματιστή που αναπτύχθηκε είμαστε σε θέση μετρώντας ένα μικρό μόνο υποσύνολο κόμβων να εκτιμήσουμε γρήγορα και με ακρίβεια το συνολικό διαθέσιμο εύρος ζώνης του συστήματος. Επιπλέον, μετρώντας κάποιες παραμέτρους του χρονοπρογραμματιστή ανταλλαγής μπλοκ εκτιμούμε δυναμικά το φορτίο που αυτός εισάγει για διαμοιρασμό ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Ο αριθμός των κόμβων αυτών είναι αρκετά μικρός και ανεξάρτητος από τον αριθμό των συμμετεχόντων κόμβων καθιστώντας το προτεινόμενο σύστημα ικανό για εξαιρετική κλιμάκωση. Με τις μετρήσεις αυτές γίνεται εφικτός ο υπολογισμός του εύρους ζώνης που απαιτείται από τους εξυπηρετητές για την ομαλή λειτουργία του συστήματος διαμοιρασμού. Τέλος, με τη βοήθεια ενός δυναμικά προσαρμόσιμου στο δίκτυο γράφου διασύνδεσης επιτυγχάνεται η μέγιστη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές και ο διαμοιρασμός του σε κόμβους με τη μικρότερη δυνατή δικτυακή καθυστέρηση. Το προτεινόμενο σύστημα αξιολογήθηκε σε κάθε είδους κατάσταση όπως: αυξομειούμενο μέσο εύρος ζώνης, γρήγορες μεταβολές στο μέσο εύρος ζώνης, μέσο εύρος ζώνης μεγαλύτερο και μικρότερο από το ρυθμό αναπαραγωγής. Η αξιολόγηση απέδειξε ότι ο πλήρης διαμοιρασμός του αντικειμένου, η ελαχιστοποίηση του εύρους ζώνης που συνεισφέρουν οι εξυπηρετητές μέσω της ακριβούς εκτίμησης των διαθέσιμων πόρων και η δυνατότητα εκτίμησης μέσω ενός μικρού υποσυνόλου συμμετεχόντων κόμβων είναι εφικτά κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες. Ο τρίτος στόχος που επιδιώξαμε να εκπληρώσουμε είναι η δημιουργία ενός κατανεμημένου συστήματος αποθήκευσης δεδομένων. Αυτό το σύστημα βασίστηκε στους Κατανεμημένους Πίνακες Κατακερματισμού (ΚΠΚ). Σκοπός αυτού του συστήματος είναι η δημιουργία ενός κατανεμημένου αποθηκευτικού χώρου, αποτελούμενου από πόρους των συμμετεχόντων κόμβων, για την αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων που πρόκειται να διαμοιραστούν. Οι απαιτήσεις ενός τέτοιου συστήματος περιλαμβάνουν την γρήγορη αναζήτηση δεδομένων, τη χρησιμοποίηση του μικρότερου δυνατού ποσοστού εύρος ζώνης για τη δρομολόγηση των αναζητήσεων, τη δυνατότητα εκτέλεσης σύνθετων αναζητήσεων και τη συμμέτοχη των κόμβων στο σύστημα ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους τους. Οι παραπάνω απαιτήσεις είναι αδύνατον να ικανοποιηθούν από έναν μόνο γράφο διασύνδεσης, καθώς προϋποθέτουν ετερόκλητα χαρακτηριστικά από το γράφο. Προκειμένου να είναι εφικτή η γρήγορη δρομολόγηση ο γράφος πρέπει να αντανακλά τη θέση των κόμβων στο φυσικό δίκτυο συνεπώς η εισαγωγή των κόμβων στον γράφο πρέπει επίσης να βασίζεται σε αυτό το χαρακτηριστικό. Η δυνατότητα για σύνθετες αναζητήσεις και η συμμετοχή των κόμβων ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους τους προϋποθέτει την μη ομοιόμορφη κατανομή των δεδομένων στο γράφο καθώς και επίσης και την εισαγωγή των κόμβων σε αυτόν ανάλογα με τους πόρους τους και τα δεδομένα που επιθυμούν να αποθηκεύσουν στο δίκτυο. Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής προτείνεται ένα σύστημα κατανεμημένης αποθήκευσης το οποίο αποτελείται από δύο συνδεόμενους γράφους διασύνδεσης και μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις που έχουν τεθεί. Αυτοί οι δύο γράφοι είναι: • Ο γράφος διασύνδεσης και δρομολόγησης ο οποίος είναι υπεύθυνος για τη δρομολόγηση των αιτήσεων αναζήτησης. Οι κόμβοι εισέρχονται σε αυτόν ανάλογα με τη θέση τους στο φυσικό δίκτυο. Η παραπάνω συνθήκη συντελεί στην ταχύτατη δρομολόγηση των αιτήσεων αναζήτησης και τη χρησιμοποίηση ελάχιστου εύρους ζώνης για την εκτέλεσή τους. Για τη δημιουργία αυτού του γράφου αναπτύχτηκαν/σχεδιάστηκαν δύο κατανεμημένοι αλγόριθμοι. Ο πρώτος είναι υπεύθυνος για την εισαγωγή ενός κόμβου στο γράφο ανάλογα με τη θέση του στο φυσικό δίκτυο. Ο δεύτερος είναι υπεύθυνος για τη βελτιστοποίηση και προσαρμοστικότητα του γράφου στις δυναμικές αλλαγές των ιδιοτήτων του φυσικού δικτύου ή του πληθυσμού των συμμετεχόντων κόμβων. • Ο γράφος αποθήκευσης δεδομένων. Αυτός ο γράφος είναι υπεύθυνος για την αποθήκευση των δεδομένων στους κόμβους του συστήματος με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η σύνθετη αναζήτησή τους καθώς επίσης και η αποθήκευσή τους ανάλογα με τους διαθέσιμους πόρους κάθε κόμβου. Η αξιολόγηση του συστήματος αυτού απέδειξε ότι ο διαχωρισμός της διαδικασίας δρομολόγησης από τη διαδικασία αποθήκευσης δεδομένων με την δημιουργία δύο ξεχωριστών γράφων διασύνδεσης εξασφαλίζει την εκπλήρωση όλων των απαιτήσεων ενός τέτοιου συστήματος. / The subject of this phd thesis is the study and development of a complete distributed system for real time data distribution. The rapid growth of the Internet and the complexity of the provided services, renders the investigation for a new architectural paradigm necessary, since classic server-client architecture has reached its full potential. The main reason for the above is that the continuously increasing number of users demanding a diversity of services generates an enormous overhead on the servers, that can’t be dealt with efficiently. Today, Peer-to-Peer architecture is considered to be the most promising replacement for client-server architecture for providing such services via the Internet. This assumption can be easily justified since, taking advantage of users resources, who now become active members of the system, peer-to-peer architecture can guarantee the scalability of these systems in respect to the number of participating users as well as the amount of data that they can manage. The development, however, of peer-to-peer systems requires the clarification of a set of problems which stem from their distributed nature and their complexity. In recent years, scientific community has been focusing on these systems suggesting a number of solutions, which, however, deal with certain only aspects of them, thus are unable to provide a holistic approach that could benefit from their numerous advantages. The complete distributed system for the real time distribution of data developed in the current dissertation thesis consists of three discrete subsystems: • a peer-to-peer live streaming system. This subsystem consists of an overlay, for the interconnection of peers, and a scheduler, which runs in every peer. • a supporting system, responsible for the monitoring of live streaming system and the supply of extra bandwidth in cases when peers’ aggregated resources are insufficient to sustain the streaming process • a peer-to-peer system for the storage and query of objects available for streaming, aided by the first subsystem described above. For the development of the first subsystem initially we investigated the nature of the application and defined the required characteristics. Those are the small setup time values, the tolerance of the system in dynamic conditions, like the dynamic behavior of the participating users and the dynamic conditions of the underlying network, the increased scalability concerning the number of supported users, and the ability to support streaming rates as high as possible having as constrain the aggregated upload bandwidth of the participating peers. The contribution of the present dissertation in the research of the scientific field of P2P real time data distribution systems is summarized below: 1. in contrast to contemporary practices regarding distributed live streaming systems the parallel development of the overlay and scheduler are necessary in order for the systems to be able to benefit from each other characteristics 2. the overlay should reflect the locations of the peers in the underlying network and be able to self-organize in response to dynamic changes of the peer population and the network conditions 3. the performance of the scheduler is enhanced when it comprises of three different mechanisms: the token generation algorithm, the mechanism of pro-active block request and the mechanism for selecting the next peer for packet transmitting. At last, distributed algorithms for the realization and self-organization of the overlay along with the necessary algorithms for the actualization of the scheduler were developed. These algorithms were designed in a way that allows for the usage of a small percentage of the nodes’ upload capacities without compromising the efficiency and the speed of their convergence A second subject that was studied was the use of supporting servers for the continuous provision of the required resources (upload bandwidth) for the complete and uninterrupted delivery of a stream. In more detail, peer-to-peer live streaming requires the constant presence of aggregated upload bandwidth greater than the rate of the stream being delivered. In contrast, the dynamic behavior of peers and the unpredictable upload bandwidth of nodes and of the conditions of the underlying network, often result in the disturbance of the streaming process and/or the delivery of a stream with low rate. Solving the above problems requires precise and real time monitoring of participating peers’ resources. Moreover, it assumes the development of an architecture which is scalable, allowing for the monitoring of systems with large peers number. Additionally, the proposed monitoring and bandwidth control system should introduce as little overhead as possible to the system, meaning that the amount of bandwidth used by the servers should be the minimum required to support peer-to-peer streaming system. Finally, connections established between servers and nodes should introduce, in their turn, the least possible overhead. Benefitting from the properties of our proposed peer-to-peer live streaming system’s scheduler we manage, by monitoring a small subset of participating peers, to measure with accuracy and in real time the aggregated upload bandwidth of the total participating peers. In addition, by measuring some parameters of the scheduler of bloc exchange we can dynamically estimate the overhead introduced for the distribution depending on the present conditions. The number of nodes is quite small and independent of the number of participant nodes allowing for the exceptional scalability of the proposed system. Because of these measurements the approximation of the bandwidth necessary for the successful performance of the distribution system becomes feasible. The evaluation process proved that the complete distribution of data, the minimization of the available servers bandwidth through the precise estimation of the available resources as well as the potential for estimation of a small subset of participating nodes are possible under any given circumstances. The third goal we tried to achieve is the development of a distributed data storage system. This system is based on DHTs. It aims to create a distributed storage space that consists of resources belonging to participating nodes, for the storage and retrieval of data about to be distributed. The prerequisites of such a system include: - fast routing process - usage of the smallest possible percentage of bandwidth for the querying process - the potential for execution of complex queries and - the participation of nodes in the system depending on their available recourses The above prerequisites can not be met by one only overlay, since they require diverse characteristics/ from the overlay. In order to achieve fast queries the overlay should reflect the location of all nodes in the physical network, therefore the introduction of nodes in the overlay should also rely on the above feature. The potential for complex queries and the participation of nodes depending on their available resources assumes a non-uniform node distribution in the overlay as well as the introduction of nodes in the system depending on their resources and the data needed to be stored in the network. In this work we propose a system for distributed storage that comprises of two interconnected overlays and can achieve all the demands set. The two overlays are described below: - LCAN is responsible for the routing process. Nodes enter this overlay in terms of their location on the physical network. The condition above leads to the fast routing of queries and the usage of the least possible bandwidth for their execution. In order to design this overlay the development of two distributed algorithms was necessary. The first one performs the introduction of nodes in the overlay according to their location in the network. The second distributed algorithm is responsible for the optimization and the adjustability of the overlay to the dynamic changes of the physical network properties or the participating nodes population. - VCAN. This is responsible for the storage of data in the nodes of the system in a way their storage according to each node’s available resources becomes feasible, while complex queries can be performed. The evaluation of the system has proved that the separation of the routing process from the data storage process with the creation of two separate overlays can result in the successful achievement of all prerequisites set by a distributed data storage system.

Οι σύγχρονες τάσεις στο χώρο των υπηρεσιών Υγείας απαιτούν αναβάθμιση των προσφερόμενων υπηρεσιών με ταυτόχρονο εξορθολογισμό του κόστους των. Τη λύση αυτή είναι σε θέση να δώσουν συστήματα μηχανοργάνωσης των Μονάδων παροχής υπηρεσιών υγείας. Ένα ολοκληρωμένο πληροφοριακό σύστημα υγείας (ΟΠΣΥ) είναι το πληροφοριακό σύστημα εκείνο που συμβάλει στην ενοποίηση, συστηματική παρακολούθηση, διαχείριση και έλεγχο των δεδομένων (οικονομικά, επιχειρησιακά, οργανωτικά καθώς και ιατρικά δεδομένα) ενός νοσοκομείου ή, γενικά μιας μονάδας υγείας, με σκοπό την αναβάθμιση της ποιότητας των υπηρεσιών την αναδιοργάνωση των εσωτερικών διεργασιών και την εξυπηρέτηση του πολίτη. Είναι δε σημαντικός ο ρόλος του όσον αφορά τη διάχυση και αξιοποίηση της ιατρικής πληροφορίας για ερευνητικούς και στατιστικούς σκοπούς αλλά και όσον αφορά με τη χρήση νέων τεχνολογιών πληροφορικής κι επικοινωνιών από τους ιατρούς, νοσηλευτές και διοικητικό και λοιπό προσωπικό ενός νοσοκομείου. Στόχος της μεταπτυχιακής διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η παρουσίαση των θεμάτων διαλειτουργικότητας και ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ Πληροφοριακών Συστημάτων στο χώρο της Υγείας, ένα αντικείμενο που αποτελεί σημαντικό παράγοντα επιτυχίας και αξιοποίησης των Πληροφοριακών Υποδομών αυτών από τους επαγγελματίες Υγείας. Στις εισαγωγικές ενότητες αναλύεται η σημερινή κατάσταση στο χώρο της πληροφορικής υγείας και παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων ΟΠΣΥ, χρησιμοποιώντας μάλιστα ως παράδειγμα ένα εμπορικό προϊόν (το λογισμικό medico//s). Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι κωδικοποιήσεις που χρησιμοποιούνται στα συστήματα αυτά, με ιδιαίτερη μνεία στην ελληνική μετάφραση της κωδικοποίησης ICD-10 απο το Υπουργείο Υγείας. Επίσης γίνεται ειδική αναφορά και αναλυτική παρουσίαση με παραδείγματα στο διεθνές πρωτόκολλο επικοινωνίας HL7. Στα επόμενα κεφάλαια παρουσιάζεται το πρότυπο XDS-MS, ένα πρότυπο ιατρικών εγγράφων που υπηρετεί τους σκοπούς της διαλειτουργικότητας. Αναλύονται τα περιεχόμενα του εγγράφου αλλά και η δομή της όλης υλοποίησης ώστε το έγγραφο να μπορεί να διαμοιράζεται μεταξύ των επαγγελματιών υγείας. Για τις ανάγκες της εργασίας αυτής παρουσιάζεται το πρότυπο για τις συνόψεις νοσηλείας σύμφωνα με την αρχιτεκτονική ιατρικών εγγράφων (CDA) του HL7, τόσο όπως έχει τυποποιηθεί για την υποστήριξης Αγγλόφωνων νοσοκομείων/κειμένων αλλά και όπως είναι δυνατόν να προσαρμοστεί στις ανάγκες των Ελληνικών μονάδων Υγείας και της Ελληνικής γλώσσας. Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, συγκεντρώθηκαν και παρατίθενται επίσης πρότυπα ιατρικών εγγράφων απο ελληνικά νοσοκομεία που χρησιμοποιούν ΟΠΣΥ. Επίσης, προτείνονται μελλοντικές επεκτάσεις και βελτιώσεις στο ερευνητικό αντικείμενο αυτό όπως αυτές προκύπτουν από την διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος στο Παράρτημα της εργασίας παρουσιάζονται αναλυτικά οι κώδικες των εγγράφων CDA. / With advances in technology, the health care system requires an amelioration of services offered, as well as cost control. The solution is given by Integrated Health Information Systems (IHIS), a discipline at the intersection of information science, computer science, and health care that deals with the resources, devices, and methods required to optimize the acquisition, storage, retrieval, and use of information in health and biomedicine. Health informatics tools include not only computers but also clinical guidelines, formal medical terminologies, and information and communication systems. It is applied to the areas of nursing, clinical care, pharmacy, etc. The Cross-Enterprise Sharing of Medical Summary (XDS-MS) Integration Profile, a profile based on the HL7 Clinical Document Architecture (CDA) standard, defines the appropriate standards for document transmission and a minimum set of "record entries" that should be forwarded or made available to subsequent care provider(s) during specific transfer of care scenarios. In addition, this integration profile needs to define the utilization requirements/options for the receiving entity in order to ensure that the "care context" of the sending entity is appropriately maintained following the information transfer. So in this thesis there is an analysis of IHIS, with the paradigm of the medico//s software, as well as a presentation of coding systems in Heath Care Informatics. There are mentioned several systems, among which is found the HL7 one, analyzed by specific examples, and also the ICH-10. As for the latter there is a presentation of its greek translation as by the greek Ministry of Health. In the following chapters there is the description of the XDS-MS profile, both in its (english) version and the greek “translation”. In addition, there is a collection of medical documents by greek hospitals that use IHIS.

Αυτή η εργασία περιγράφει το όραμα των I-centric επικοινωνιών (ατομοκεντρικών) - ένα νέο παράδειγμα για μελλοντικά συστήματα τηλεπικοινωνιών. Ο κύριος στόχος αυτής της προσέγγισης είναι να εξετάσει την ανθρώπινη επικοινωνιακή συμπεριφορά. Η εργασία αυτή εστιάζει στην εννοιολογική ολοκλήρωση όλων των πτυχών των ατομοκεντρικών επικοινωνιών. Εξετάζοντας την επικοινωνιακή συμπεριφορά του ανθρώπου, είναι προφανές, ότι οι άνθρωποι συχνά αλληλεπιδρούν με ένα σύνολο αντικειμένων στο περιβάλλον τους. Σύμφωνα με αυτήν την άποψη, μια προσέγγιση είναι να μη δημιουργηθούν συστήματα επικοινωνίας που βασίζονται σε εξειδικευμένες τεχνολογίες αλλά να βασίζονται στην ανάλυση του μεμονωμένου χώρου επικοινωνίας. Το αποτέλεσμα θα είναι ένα σύστημα επικοινωνιών που προσαρμόζεται στις απαιτήσεις κάθε ατόμου (ατομοκεντρικό). Το σύστημα επικοινωνιών θα ενεργεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ανθρώπου, που απεικονίζουν τις πρόσφατες ενέργειές του ώστε να προσαρμόζεται αυτόματα σε αυτές. Οι ατομοκεντρικές υπηρεσίες προσαρμόζονται στους μεμονωμένους χώρους επικοινωνίας και τις καταστάσεις. Σε αυτό το πλαίσιο το «I», σημαίνει το εγώ ή το άτομο, και Centric σημαίνει προσαρμογή στις απαιτήσεις του «εγώ» και το περιβάλλον του ατόμου. Οι παραπάνω λογικές απαιτούν νοημοσύνη στην παροχή υπηρεσιών προκειμένου να προσωποποιηθούν, να προσαρμοστούν στις περιστασιακές και περιβαλλοντικές συνθήκες και να ελέγχουν το μεμονωμένο χώρο επικοινωνίας. Ένα ατομοκεντρικό σύστημα επικοινωνιών παρέχει τη νοημοσύνη που απαιτείται για τη διαμόρφωση του χώρου επικοινωνίας του κάθε ατόμου που προσαρμόζεται στα ενδιαφέροντα, το περιβάλλον, και τις προτιμήσεις του. Η εργασία εισάγει το όραμα των ατομοκεντρικών επικοινωνιών, που ακολουθείται από την ανάπτυξη ενός προτύπου αναφοράς για τις ατομοκεντρικές επικοινωνίες. Από τη στιγμή που το όραμα και το πρότυπο αναφοράς είναι γενικές έννοιες, εισάγεται στη συνέχεια ένα αρχιτεκτονικό πλαίσιο για τις ατομοκεντρικές επικοινωνίες. Αυτό το πλαίσιο χρησιμοποιείται για να σχεδιαστεί και να υλοποιηθεί ένα ατομοκεντρικό σύστημα επικοινωνιών. / This thesis describes the vision of I-centric communications – a new paradigm for future telecommunication systems. The main objective of this approach is to consider the human communication behaviour. The focus of this thesis is on the conceptual integration of all aspects of I-centric communications. Looking at the communication behaviour of human, it is obvious, that human beings frequently interact with a set of objects in their environment. Following this view, a new approach is not to build communication systems based on specific technologies, but on the analysis of the individual communication space. The result is a communication system that adapts to the demands of each individual (I-centric). The communication system will act on behalf of human’s demands, reflecting recent actions to enable self-adaptation. I-centric Services adapt to individual communication spaces and situations. In this context ‘I’ means I, or individual, ‘Centric’ means adaptable to I requirements and the individual’s environment. The rationales above require intelligence in service provisioning in order to personalize, adapt to situational and environmental conditions, to monitor and to control the individual communication space. I-centric communications system will provide the intelligence required for modelling the communication space of each individual adapting to its interests, environment, and preferences. The thesis introduces the vision of I-centric communications, followed by the development of a reference model for I-centric communications. Since both, the vision and the reference model, are general, an architectural framework for I-centric communications is introduced later on. This framework is used to design and implement an I-centric communications system.

Με την ολοένα και αυξανόμενη τάση για ενσωματωμένα (embedded) και φορητά υπολογιστικά συστήματα της σύγχρονης εποχής, έχειδημιουργηθεί ένας ολόκληρος επιστημονικός κλάδος γύρω από τεχνικές βελτιστοποίησης μεταγλωττιστών για ειδικούς πυρήνες λογισμικού που εκτελούνται στα συστήματα αυτά. Κάνοντας χρήση τεχνικών βελτιστοποίησης τα κέρδη είναι πολλαπλά. Καταρχήν οι πυρήνες μπορούν να ολοκληρώσουν το χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί η εκτέλεση τους σε πολύ μικρότερο διάστημα, έχοντας πολύ μικρότερες απαιτήσεις μνήμης. Επίσης μειώνονται οι ανάγκες τους σε επεξεργαστική ισχύ κάτι το οποίο άμεσα οδηγεί στη μείωση κατανάλωσης ενέργειας, στην αύξηση αυτονομίας τους σε περίπτωση που μιλάμε για φορητά συστήματα και στις ανάγκες για ψύξη των συστημάτων αυτών καθώς εκλύονται πολύ μικρότερα ποσά ενέργειας. Έτσι λοιπόν επιτυγχάνονται κέρδη σε πολλούς τομείς (χρόνος εκτέλεσης, ανάγκες μνήμης, αυτονομία, έκλυση θερμότητας) καθιστώντας τον κλάδο των βελτιστοποιήσεων ένα από τους πιο ταχέως αναπτυσσόμενους κλάδους. Εκτός όμως από την σκοπιά της αύξησης επιδόσεων, στην περίπτωση των ενσωματωμένων συστημάτων πραγματικού χρόνου (real time operations) που όταν ξεπερνιούνται οι διορίες χρόνου εκτέλεσης οδηγούνται σε υποβαθμισμένες επιδόσεις (soft real time) και ειδικότερα στην περίπτωση αυτών που οδηγούνται σε αποτυχία όταν ξεπερνιούνται οι διορίες αυτές (hard real time operations), οι τεχνικές αυτές αποτελούν ουσιαστικά μονόδρομο για την υλοποίηση των συστημάτων αυτών σε λογικά επίπεδα κόστους. Η διαδικασία όμως της ανάπτυξης βελτιστοποιήσεων δεν είναι αρκετή καθώς είναι εξίσου σημαντικό το κατά πόσο οι βελτιστοποιήσεις αυτές ταιριάζουν στην εκάστοτε αρχιτεκτονική του συστήματος. Εάν δε ληφθεί υπόψη η αρχιτεκτονική του συστήματος που θα εφαρμοστούν, τότε οι βελτιστοποιήσεις μπορούν να οδηγήσουν σε αντίθετα αποτελέσματα υποβαθμίζοντας την απόδοση του συστήματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία βελτιστοποιείται η διαδικασία πολλαπλασιασμού διανύσματος με πίνακα toeplitz. Κατά την εκπόνηση της αναπτύχθηκε πληθώρα χρονοπρογραμματισμών που στοχεύουν στην βελτιστοποίηση της διαδικασίας αυτής. Μετά από μια εις βάθους μελέτη της ιεραρχίας μνήμης και των τεχνικών βελτιστοποίησης που προσφέρονται για αποδοτικότερη εκμετάλλευσή της, αλλά και των κυριότερων τεχνικών βελτιστοποίησης μεταγλωττιστών, παρουσιάζονται οι κυριότεροι χρονοπρογραμματισμοί, από όσους αναπτύχθηκαν, με τον κάθε ένα να προσφέρει κέρδος σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές συστημάτων. Κατά αυτό τον τρόπο αναπτύσσεται ένα εργαλείο που δέχεται σαν είσοδο την αρχιτεκτονική του συστήματος πάνω στο οποίο πρόκειται να γίνει βελτιστοποίηση του εν λόγω πυρήνα, αποκλείονται αρχικά οι χρονοπρογραμματισμοί που δεν είναι κατάλληλοι για την συγκεκριμένη αρχιτεκτονική, ενώ για τους υποψήφιους πιο αποδοτικούς γίνεται εξερεύνηση ούτως ώστε να επιλεγεί ο αποδοτικότερος. / --

Στην παρούσα διπλωματική αναπτύσσεται ένα ενσωματωμένο σύστημα αποτελούμενο από υλικό και λογισμικό, για τον χαρακτηρισμό τηλεπικοινωνιακών διατάξεων. Ειδικότερα μελετάται ο έλεγχος εξειδικευμένης ενσωματωμένης τηλεπικοινωνιακής διάταξης, η αυτοματοποίηση της συλλογής δεδομένων ενδιαφέροντος κατά τη λειτουργία της τηλεπικοινωνιακής διάταξης, καθώς και ο τρόπος επικοινωνίας με το χρήστη αναπτυξιακών συστημάτων που βασίζονται σε FPGA και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προτύπων τηλεπικοινωνιακών διατάξεων. Συγκεκριμένα μελετώνται διαφορετικές τεχνικές εισαγωγής και εξαγωγής δεδομένων από τα FPGAs και αποθήκευσής τους σε σύστημα host. O τρόπος εισαγωγής δεδομένων και παραμέτρων στα υπάρχοντα συστήματα παρουσιάζει συγκεκριμένους περιορισμούς. Εδώ μελετάται ο τρόπος που μπορούν τα δεδομένα και παράμετροι να εισάγονται δυναμικά μέσω ενός φιλικού προς τον χρήστη περιβάλλοντος. Επίσης μελετάται ο τρόπος αυτόματης συλλογής όγκου δεδομένων ενδιαφέροντος και εξαγωγής δεδομένων με ασφαλή και αυτοματοποιημένο τρόπο. Για να επιτευχθεί αυτό αναπτύσσεται ένα ενσωματωμένο σύστημα που η διεπαφή χρήστη γίνεται μέσω web server. Η ανάπτυξη περιλαμβάνει τη χρήση ενσωματωμένου επεξεργαστή διαθέσιμου ως IP block σε FPGA, τη δόμηση ενός συστήματος βασισμένου σε κανάλια επικοινωνίας με χρήση εικονικής διευθυνσιοδότησης, καθώς και τον έλεγχο και σύνδεση της μονάδας προτυποποίησης τηλεπικοινωνιακών διατάξεων με το κανάλι επικοινωνίας του επεξεργαστή. Το σύστημα που προκύπτει είναι ένα ενσωματωμένο σύστημα στο οποίο το λειτουργικό σύστημα βασίζεται σε διακοπές ενώ η διεπαφή χρήστη γίνεται με την ανάπτυξη ενσωματωμένου web server. Με αυτόν τον τρόπο παρέχεται ένα διαδραστικό περιβάλλον που είναι ευρέως διαδεδομένο και με το οποίο ο χρήστης μπορεί να έχει άμεση επαφή με το hardware, ενώ ταυτόχρονα αυτοματοποιεί τη διαδικασία εξαγωγής δεδομένων προσφέροντας αξιοπιστία και υψηλές ταχύτητες. / This thesis presents the development of an embedded system composed of both hardware and software components, for the characterization of a telecommunication prototype. Specifically, we study the control of an advanced telecommunication IP, the automation of collecting interesting data during the operation of the telecommunication device, and ways in available for the engineer to interact with FPGA-based system prototypes. Different techniques of importing and exporting data from the FPGA and storing them to a host system are investigated. The way of importing data and parameters in existing systems presents certain restrictions. In this thesis we study techniques of dynamically importing the data and parameters through a user-friendly environment. We automated the process of collecting data of interest and data retrieval in a secure and reliable manner. To achieve this, an embedded system interface is implemented developing an embedded, on-board web server. The development process includes the use of an embedded processor available as IP block on an FPGA, building a system based on bus channels using virtual addressing, and the connection and the control of telecommunication IP blocks through the bus channel to the processor. The developed system is an embedded system utilizes an interrupt-based operating system offering a user interface based a developed embedded web server. This system provides an interactive environment which is widely used, where the developer can directly access the hardware, and at the same time automates data retrieval and offers reliability and high speed.

Στην εργασία αυτή, μελετώνται διαφορετικοί αποκωδικοποιητές για κώδικες Reed-Solomon. Αφού γίνει μια εισαγωγή στο σύστημα επικοινωνίας, στα πεπερασμένα σώματα και στη θεωρία κωδίκων, παρουσιάζονται αλγόριθμοι που υλοποιούν αποκωδικοποιητές περιορισμένης απόστασης, λίστας και soft decoders. Συγκεκριμένα, μελετώνται κλασσικοί αποκωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές βασισμένοι στον αλγόριθμο Guruswami-Sudan, και αποκωδικοποιητές βασισμένοι στον αλγόριθμο Koetter-Vardy. Η σύγκριση γίνεται ως προς τη διορθωτική ικανότητα και τη χρονική πολυπλοκότητα. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, σε συνέχεια της μελέτης υπαρχόντων αποκωδικοποιητών προτείνεται ένα είδος προσαρμοστικού αποκωδικοποιητή: φέρει την ίδια διορθωτική ικανότητα με έναν αποκωδικοποιητή λίστας, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις έχει ικανοποιητικά μικρότερη χρονική πολυπλοκότητα. Επίσης γίνεται μία ποιοτική διερεύνηση για το πότε πρέπει να προτιμάται ο προσαρμοστικός αποκωδικοποιητής. Προτείνονται δύο διαφορετικοί προσαρμοστικοί αποκωδικοποιητές. Η πρώτη εκδοχή, είναι μία διάταξη με δύο αποκωδικοποιητές. Αρχικά το ληφθέν διάνυσμα από το κανάλι, εισέρχεται ως είσοδος σε έναν κλασσικό αποκωδικοποιητή. Αν ο κλασσικός παρουσιάσει αδυναμία αποκωδικοποίησης, τότε επιχειρεί να διορθώσει το ίδιο διάνυσμα ένας αποκωδικοποιητής λίστας. Η δέυτερη εκδοχή, μοιάζει με την πρώτη, με τη διαφορά ότι ο δεύτερος αποκωδικοποιητής χρησιμοποιεί αποτελέσματα που έχουν ήδη υπολογιστεί από τον πρώτο, μειώνοντας έτσι την συνολική χρονική πολυπλοκότητα, σχετικά με την πρώτη εκδοχή. / In this thesis we study a family of linear block codes, the Reed-Solomon(RS) codes. RS codes are q-ary codes over some finite field GF(q). Therefore, they have strong burst-error correction capability, because they deal with groups of bits instead of single bits. Initially, we describe the employed communication system model, and introduce basic from finite field theory (construction and identities) and coding theory. After describing the RS encoding process, we describe different RS decoders (bounded distance decoder, list decoder and soft-input decoder). Specifically, in addition to traditional approaches, we focus on decoders based on Guruswami-Sudan and Koetter – Vardy algorithms. We compare them according to their complexity and performance, both in theory and experimentally. Furthermore, in this thesis, we propose an adaptive decoder, which has the same performance as a list decoder but in some cases it achieves much lower average time complexity. We present the experimental results, highlighting the cases where the adaptive decoder outperforms conventional decoders. The adaptive decoder comes in two different types. The first type is a system with two different decoders: the low complexity decoder attempts to decode a received vector and in case of decoding failure the subsequent decoder tries to decode the same received vector. The second type resembles the general organization of the above system; the second decoder re-uses intermediate results, previously computed by the first one.

Η παρούσα διπλωματική έχει ως στόχο την παρουσίαση και ανάπτυξη ενός πλήρους πληροφοριακού συστήματος που είναι δυνατόν η εφαρμογή του στο πραγματικό κόσμο να καθιστά ένα σπίτι ως «έξυπνο». Ο σκοπός της δημιουργίας του συστήματος αυτού είναι η μέτρηση και η καταχώρηση των συνθηκών που επικρατούν σε ένα χώρο και ο εντοπισμός κινήσεων που γίνονται μέσα σε αυτόν ώστε να εκτελεστούν κάποιες λειτουργίες αυτόματα. Το εν λόγω πληροφοριακό σύστημα αποτελείται από έναν κεντρικό υπολογιστή ο οποίος συνδέεται με ένα δίκτυο από διάφορους αισθητήρες, με μια βάση δεδομένων και έχει δυνατότητα επικοινωνίας με κινητό τηλέφωνο μέσω 3G δικτύου ώστε να υπάρχει απομακρυσμένη πρόσβαση σε όλες τις λειτουργίες. Έτσι η ανάπτυξη και η παρουσίαση αυτού του συστήματος δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας ενός έξυπνου σπιτιού με εξατομικευμένες προδιαγραφές και δυνατότητα επέκτασης του συστήματος. Εν κατακλείδι, η παρούσα διπλωματική εργασία, θέλει να αναδείξει την ευκολία, την απλότητα, την ευελιξία, αλλά και την χρησιμότητα που έχει ένα έξυπνο σπίτι. Παρουσιάζει ουσιαστικά την καρδιά του έξυπνου σπιτιού, ποιες είναι οι βασικές του μονάδες, πώς λειτουργούν και πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. / This Thesis aims at presenting and developing a complete system which can apply in the real world to make a home "smart." The purpose of creating this system is the measurement and recording of conditions of the house (humidity, temperature, light density etc) and monitor movements inside restricted areas in order to automate and trigger different operations. This information system consists of a central computer which is connected to a network of several sensors, a database and is also capable of remote access with mobile phone via 3G network. Thus the development and presentation of this system enables the creation of a smart home with personalized specifications and scalability of the system. In conclusion, this thesis wants to demonstrate the ease, simplicity, flexibility, and the utility a smart home has. Presents the heart of the smart house, what are the basic units, how they work and how they interact.

Σε αυτή την εργασία στόχος είναι να συντεθεί μία βάση φωτοσταθερών που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την γεωμετρική διόρθωση δορυφορικών εικόνων που έχουν ληφθεί από σαρωτές με παρόμοια χαρακτηριστικά σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Πιο συγκεκριμένα η βάση δεδομένων δημιουργήθηκε με φωτοσταθερά που προσδιορίσθηκαν από δορυφορική εικόνα Landsat–ETM (pixel=15m, παγχρωματικό) ενώ οι συντεταγμένες των φωτοσταθερών μετρήθηκαν στο έδαφος με GPS (φορητό, Garmin 12 ). Η περιοχή μελέτης είναι στο λεκανοπέδιο Αττικής. Τα φωτοσταθερά που χρησιμοποιήθηκαν κατά κανόνα αντιστοιχούσαν σε διασταυρώσεις κεντρικών οδών που αναγνωρίσθηκαν όχι μόνο στην εικόνα αλλά και σε τοπογραφικό χάρτη κλίμακας 1:10.000 προκειμένου να διευκολυνθεί η πρόσβαση στο ύπαιθρο. Η γεωμετρική διόρθωση υλοποιήθηκε με πολυώνυμο δευτέρου βαθμού (μη παραμετρικό μοντέλο στο λογισμικό επεξεργασίας εικόνας) ErMapper και το μέσο τετραγωνικό σφάλμα ήταν 7,01 μέτρα. Στην συνέχεια η πλειονότητα των φωτοσταθερών αναγνωρίσθηκαν και σε δορυφορική εικόνα (VNIR) με χωρική διακριτική ικανότητα 15μ, επιβεβαιώνοντας την δυνατότητα χρήσης της βάσης για την διόρθωση διαχρονικών (multi-temporal) δεδομένων. Προσδιορίσθηκαν οι κανόνες επιλογής φωτοσταθερών για την δημιουργία βάσεως δεδομένων και προσδιορίσθηκαν οικονομοτεχνικά στοιχεία που καθορίζουν το κόστος των εργασιών. / A database of Ground Control Points was established for the geometric correction of multi-temporal satellite imagery. More specifically the high resolution (15 meters ) panchromatic band of a Landsat image was used for the recognition of Ground Control Points, their coordinates were measured on the ground by a hand-held Garmin GPS. The GCPs selected corresponded to main streets intersections that were easily recognized in the 15th meter resolution image. A non parametric method (second order polynomial) was used for the geometric corrections of the images. The resulted RMS was equal to 7,01 meter. Then the majority GCPs were also recognized in an Aster (VNIR) image with resolution 15m.This fact indicated that a GCP database can be used for the corrections of multitemporal imagery (like Aster with revisit time 16 days) that covers Attiki Regions. The rules for the selection of GCPs in order to construct a database were determined as well as the cost of processing for GCP.

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.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της θεωρίας της Near Complete Decomposability (NCD) και η εφαρμογή της στην ανάλυση της απόδοσης ενός υπολογιστικού συστήματος, του οποίου η μοντελοποίηση με παραδοσιακές τεχνικές οδηγεί σε απαγορευτικά μεγάλο χώρο κατάστασης. Αρχικά, παραθέτουμε τα βασικά σημεία της θεωρίας όπως αυτή θεμελιώνεται μαθηματικά από τον Courtois στην κλασική του μονογραφία (Courtois, 1977), ενώ στη συνέχεια προβαίνουμε στη μοντελοποίηση ενός υποθετικού σταθμού εργασίας κάποιου πολυεπεξεργαστικού συστήματος, στο οποίο εκτελούνται ανά πάσα στιγμή το πολύ Κ έργα. Ο σταθμός εργασίας που μελετάμε διαθέτει buffer πεπερασμένου μεγέθους και είναι επιφορτισμένος με τη συγκέντρωση και το συνδυασμό των επιμέρους υποέργων κάθε έργου και την αποθήκευση του στη μνήμη. Οι κλασικές τεχνικές μοντελοποίησης του buffer οδηγούν σε ένα μοντέλο με πολύ μεγάλο χώρο κατάστασης. Ωστόσο εμείς μοντελοποιούμε μία συναθροιστική εκδοχή του αρχικού μοντέλου, η οποία υπό αρκετά ρεαλιστικές συνθήκες χαίρει της NCD ιδιότητας. Την ιδιότητα αυτή του μοντέλου μας τη δικαιολογούμε τόσο διαισθητικά, όσο και μαθηματικά. Επίσης, επιβεβαιώνουμε πως το NCD μοντέλο πετυχαίνει υψηλής ποιότητας εκτίμηση των πιθανοτήτων μόνιμης κατάστασης και μίας σειράς άλλων χρήσιμων μετρικών, με σημαντικά μικρότερο υπολογιστικό κόστος σε σχέση με το αρχικό μοντέλο, εκτελώντας μία σειρά μετρήσεων στο περιβάλλον Matlab. Παράλληλα, η αξιοποίηση του NCD μοντέλου αυξάνει σημαντικά την ικανότητά μας να ερμηνεύσουμε τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος καθώς αυτό οδεύει προς μια κατάσταση στατιστικής ισορροπίας. Τέλος, επιχειρούμε μία σειρά από “educated guesses” για πιθανές κλάσεις συστημάτων τα οποία θα μπορούσαν να αναλυθούν με μεθοδολογία αντίστοιχη με αυτήν που ακολουθήσαμε εμείς στο παρόν κείμενο. / The purpose of this diploma dissertation is, on one hand the brief study of the theory of Near Complete Decomposability (NCD), and on the other hand the application of NCD in the analysis of a system, the modeling of which leads to a prohibitively large state space. First, we point out the fundamental mathematical principles of NCD as established by Courtois in his classic monograph (Courtois, 1977). Then, we proceed to the modeling of a hypothetical service station (R) of a multiprocessing computer system, which executes at most K jobs simultaneously. R has a finite buffer and its duty is to combine the arriving tasks into a single job and store it to memory. The usual modeling techniques applied to this “task buffer”, lead to a model with extremely large state space. So, we construct a lumped model instead, which enjoys the property of NCD. We prove this, using intuitive arguments as well as mathematical ones. Then, we confirm that the NCD model achieves a reliable estimation of the steady state probability vector and other important metrics, with significantly reduced computational complexity in comparison with the initial model. Furthermore, the exploitation of the NCD model increases significantly our ability to understand the dynamics of our system and to interpret aspects of its transient behavior towards statistical equilibrium. Finally, we make a number of “educated guesses” about possible classes of systems that could be analyzed using the same kind of techniques we used in this dissertation.