Orientador: Michael John Brennan / Resumo: Resumo / Abstract: Abstract / Doutor

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-05-14T14:17:21Z No. of bitstreams: 1 Cristiane Rocha Albuquerque Lima.pdf: 1533326 bytes, checksum: 9e87bf8eb0c81a89231a288c86544a33 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-14T14:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiane Rocha Albuquerque Lima.pdf: 1533326 bytes, checksum: 9e87bf8eb0c81a89231a288c86544a33 (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / As human beings developed agriculture, human civilization was modified. Innovations in the world’s agriculture have turned this activity into a major energy drain. In this way, the agricultural sector become heavily dependent on energy prices through the cost of transport, fertilizers, pesticides and food processing. Energy prices also affect the food market by inducing policies that divert food crops to the production of biofuels. The relationship between oil prices and agricultural commodity (feedstock) prices has attracted a considerable attention in the last years, resulting in an extensive scientific literature. The most important link between the energy and food markets is the production of biofuels (ethanol and biodiesel). The increased production of biofuels and its competition with food production raises the need for a deeper understanding of the relationship between the two markets. The interaction between biofuel and food markets in the US and Europe has been extensively studied in the last years. On the other hand, the Brazilian market for sugar cane and ethanol has received much less attention. In the present study, the interaction between the Brazilian energy and food markets was investigated from the point of view of Econophysics. The weekly series of prices of oil, ethanol and sugar for the period 07/07/2000 to 03/24/2016 were analyzed using the methods Detrended Cross Correlation Analysis (DCCA) and its recently proposed modification Detrended Partial Cross Correlation Analysis (DPCCA) which was developed to quantify the intrinsic cross-correlations between two non-stationary time series. The results show the existence of long-range cross-correlations in time series of volatility of oil, ethanol and sugar indicated by the value of DCCA exponent which was greater than 0.5. The intrinsic cross-correlations revealed by the DPCCA are positive for ethanol-sugar and oil-sugar volatility series, and negative for oil-ethanol volatility series, suggesting that the interactions between energy commodity markets and agricultural commodity market are different from the interactions within the energy commodities market. / Na medida em que os seres humanos desenvolveram a agricultura, a civilização humana foi modificada. As inovações na agricultura mundial transformaram esta atividade em um grande sorvedouro de energia. Consequentemente, os preços da energia aumentaram os custos dos transportes, fertilizantes, pesticidas e do processamento de alimentos. O mercado de alimentos também foi afetado pelos preços da energia através de políticas que passaram a desviar as culturas alimentares para a produção de biocombustíveis (etanol e biodiesel), criando assim uma importante ligação entre estes mercados e levantando a necessidade de uma compreensão mais profunda desta relação. Nos EUA e Europa, a interação entre os forma, a relação entre os preços do petróleo e os preços das commodities (matériasprimas) agrícolas tem atraído uma atenção considerável nos últimos anos. Por outro lado, o mercado brasileiro de cana-de-açúcar e etanol tem recebido muito menos atenção. No presente estudo, o objetivo foi investigar correlações intrínsecas de longo prazo entre os mercados brasileiros de energia e de alimentos, utilizando as técnicas da Econofísica. Foram analisadas as séries semanais de preços de petróleo, etanol e açúcar durante o período de 07/07/2000 a 24/03/2016 usando os métodos Detrended Cross Correlation Analysis (DCCA) e sua modificação recentemente proposta Detrended Partial Cross Correlation Analysis (DPCCA), desenvolvida para quantificar as correlações cruzadas intrínsecas entre duas séries temporais não estacionárias. Os resultados mostram que existem correlações cruzadas de longo alcance nas séries temporais de volatilidade do petróleo, etanol e açúcar, indicadas pelo valor do expoente DCCA maior que 0,5. As correlações intrínsecas reveladas pelo DPCCA são positivas para as séries de volatilidade de açúcar-etanol e de açúcar-petróleo, e negativas para as séries de volatilidade de etanol-petróleo, indicando que as interações entre os mercados de commodities do segmento de energia e commodities agrícolas são diferentes das interações dentro do mercado de commodities do segmento de energia.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação. / Due to the Predictive Control based on Model (MPC) rising in other process beyond refining and petrochemical plants, which in general have multiple inputs and outputs, there have been an increase in demand of models generated by system identification. Identify models that accurately represent the dynamics of the process depends largely on the characteristics of the processes excitation signals. Thus, the focus of this work is to perform a study of the typical signals used in identification systems, PRBS and GBN, in a multivariable approach. The study carried out in this work begins on the individual generation characteristics of the signals, and then an analysis is made of input signals cross-correlation, by observing the in uence of this on the identification results. Avoid a high correlation among the input signals allows to determine the effect of each input on the output of the identification process. An important point in the signals design for multivariable system identification is its frequency to get excite the processes in the normal operation frequency regions and thus extract the maximum dynamic information possible of the process. The studied characteristics are evaluated by testing three different simulated plants, categorized as well, medium and ill conditioned. These implementations were made using GBN and PRBS signals of dierent frequencies. Expressions to characterize the excitation signals were evaluated identifying the processes in open and closed-loop. For ill-conditioned plants were implemented signals composed by a fully correlated part and a non-correlated part, known as two-step method. Finally, identification experiments are performed on a real time application in a pilot pH neutralization plant. The tests were made in the plant in order to evaluate the frequency and correlation studies in a real application. The results show that the completely uncorrelated signals condition must not be satisfied to have good results on the identified models, which besides allows greater exibility in the generation of the excitation signals set.

Sistemas de Detecção e Reconhecimento Automático de Alvos (ATD/R) são de extrema importância para instituições militares e de defesa. Esses sistemas de vigilância são bastante complexos e se baseiam em dados e informações provenientes de diversos tipos de sensores para localizar, identificar e rastrear alvos inimigos. O objetivo principal desses sistemas ée auxiliar e atée mesmo substituir em parte o papel do homem na tarefa de detecção e reconhecimento de alvos utilizando um sistema confiável e eficiente capaz de realizar esta tarefa. Sistemas ATD/R baseados em imagens de Radar de Abertura Sintética (SAR) são bastante sensíveis às variações de posição, tamanho e orientação dos alvos e portanto constituem um grande desafio para seu desenvolvimento. Essa dissertação apresenta um estudo e uma implementação de um sistema de Detecção Automática de Alvos (ATD) utilizando uma abordagem de reconhecimento de padrões conhecida como Casamento de Padrões baseada em Correlação Cruzada Normalizada que busca encontrar similaridades entre as regiões da imagem analisada com um modelo fornecido de um alvo.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se aplicar uma técnica inédita para se determinar a velocidade de propagação de ondas de pressão em uma coluna de plasma fracamente ionizado. Essas ondas são geradas pela emissão de sinal de ruído branco, acopladas ao plasma através de transdutores piezelétricos. A caracterização da velocidade de propagação é estudada com o objetivo de oferecer uma nova ferramenta para o processo de diagnóstico do gás. O estudo foi feito a partir de funções de correlação cruzada para a obtenção do tempo de atraso na propagação das ondas sonoras.Esta técnica foi validada através de simulações das funções de correlação cruzada, realizadas via o programa Matlab. São apresentadas várias curvas que mostram a relação existente entre as condições ambientes (pressão interna, voltagem aplicada nos eletrodos e fluxo de gás) e os parâmetros de plasma (potencial flutuante, potencial de plasma, temperatura, densidade eletrônica e corrente de saturação eletrônica). Através dos resultados, verificou-se que a velocidade das ondas propagadas está diretamente relacionada com a temperatura e a densidade eletrônicas, evidenciando a sua importância na determinação dos parâmetros do plasma.

Submitted by Pedro Henrique Pereira (pedro.pereirasp@gmail.com) on 2018-06-26T14:21:28Z No. of bitstreams: 1 DissertaçãoPedroHenriquePereira_VersãoFinal.pdf: 4177619 bytes, checksum: 063cd34385c56ed5081e839a845767b5 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-06-26T17:55:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pereira_ph_me_ilha.pdf: 4177619 bytes, checksum: 063cd34385c56ed5081e839a845767b5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-26T17:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pereira_ph_me_ilha.pdf: 4177619 bytes, checksum: 063cd34385c56ed5081e839a845767b5 (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho propõe-se um método que envolve diferentes técnicas de processamento digital de imagem para a correção automática de cartão de respostas utilizados em avaliações de múltipla- escolha, vestibulares, concursos ou processos de seleção. O método tem como base um modelo de referência onde são identificados os seguintes elementos do cartão: campos de marcação das opções, número de opção de cada questão e uma imagem de marcação para identificar as extremidades da folha. No trabalho foi aplicada a técnica de Correlação Cruzada Normalizada para identificação da imagem na extremidade da folha. A Transformada de Hough foi utilizada para identificação das áreas onde se realiza a marcação das opções. Para identificar qual a questão que foi marcada utilizou-se a contagem de pixel. Foram realizados testes com 1.154 gabaritos contendo 40 questões, preenchidos no vestibular de uma faculdade particular. O tempo médio para correção de cada cartão foi de 1,39 segundos. A precisão do método foi avaliada utilizando-se 5% dos cartões digitalizados e processados. Basicamente, a avaliação foi realizada conferindo-se visualmente cada cartão e comparando os resultados com os gerados pela correção automática. O índice de acerto com as amostras utilizadas foi de 100%, o que comprova a eficiência do método proposto. / This work proposes a method that involves different techniques of digital image processing for automatic correction of card responses used in multiple-choice evaluations, “vestibular”, contests or selection processes. The method is based on a reference model where the following elements of the card are identified: marking fields of the options, the option number of each question and a marking image to identify the edges of the sheet. In this work, the Normalized Cross-Correlation technique was applied to identify the image at the leaf end. The Hough Transform was used to identify the areas where the options are marked. To identify which question was selected, the pixel count was used. We performed tests with 1.154 templates containing 40 questions that were completed in the entrance examination of a private college. The average time to correct each card was 1.39 seconds. Samples were collected on 5% of the scanned and processed cards by the method to verify their accuracy. The total sampled was visually checked with the results presented by the application of the method and it was verified the percentage of 100% of correct answers in the reading of the markings. / CAPES: 515/2017

Orientador: Jozué Vieira Filho / Resumo: Neste trabalho propõe-se um método que envolve diferentes técnicas de processamento digital de imagem para a correção automática de cartão de respostas utilizados em avaliações de múltipla- escolha, vestibulares, concursos ou processos de seleção. O método tem como base um modelo de referência onde são identificados os seguintes elementos do cartão: campos de marcação das opções, número de opção de cada questão e uma imagem de marcação para identificar as extremidades da folha. No trabalho foi aplicada a técnica de Correlação Cruzada Normalizada para identificação da imagem na extremidade da folha. A Transformada de Hough foi utilizada para identificação das áreas onde se realiza a marcação das opções. Para identificar qual a questão que foi marcada utilizou-se a contagem de pixel. Foram realizados testes com 1.154 gabaritos contendo 40 questões, preenchidos no vestibular de uma faculdade particular. O tempo médio para correção de cada cartão foi de 1,39 segundos. A precisão do método foi avaliada utilizando-se 5% dos cartões digitalizados e processados. Basicamente, a avaliação foi realizada conferindo-se visualmente cada cartão e comparando os resultados com os gerados pela correção automática. O índice de acerto com as amostras utilizadas foi de 100%, o que comprova a eficiência do método proposto. / Abstract: This work proposes a method that involves different techniques of digital image processing for automatic correction of card responses used in multiple-choice evaluations, “vestibular”, contests or selection processes. The method is based on a reference model where the following elements of the card are identified: marking fields of the options, the option number of each question and a marking image to identify the edges of the sheet. In this work, the Normalized Cross-Correlation technique was applied to identify the image at the leaf end. The Hough Transform was used to identify the areas where the options are marked. To identify which question was selected, the pixel count was used. We performed tests with 1.154 templates containing 40 questions that were completed in the entrance examination of a private college. The average time to correct each card was 1.39 seconds. Samples were collected on 5% of the scanned and processed cards by the method to verify their accuracy. The total sampled was visually checked with the results presented by the application of the method and it was verified the percentage of 100% of correct answers in the reading of the markings. / Mestre

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação. / Due to the Predictive Control based on Model (MPC) rising in other process beyond refining and petrochemical plants, which in general have multiple inputs and outputs, there have been an increase in demand of models generated by system identification. Identify models that accurately represent the dynamics of the process depends largely on the characteristics of the processes excitation signals. Thus, the focus of this work is to perform a study of the typical signals used in identification systems, PRBS and GBN, in a multivariable approach. The study carried out in this work begins on the individual generation characteristics of the signals, and then an analysis is made of input signals cross-correlation, by observing the in uence of this on the identification results. Avoid a high correlation among the input signals allows to determine the effect of each input on the output of the identification process. An important point in the signals design for multivariable system identification is its frequency to get excite the processes in the normal operation frequency regions and thus extract the maximum dynamic information possible of the process. The studied characteristics are evaluated by testing three different simulated plants, categorized as well, medium and ill conditioned. These implementations were made using GBN and PRBS signals of dierent frequencies. Expressions to characterize the excitation signals were evaluated identifying the processes in open and closed-loop. For ill-conditioned plants were implemented signals composed by a fully correlated part and a non-correlated part, known as two-step method. Finally, identification experiments are performed on a real time application in a pilot pH neutralization plant. The tests were made in the plant in order to evaluate the frequency and correlation studies in a real application. The results show that the completely uncorrelated signals condition must not be satisfied to have good results on the identified models, which besides allows greater exibility in the generation of the excitation signals set.

Granulometria é o processo usado para medir objetos de diferentes tamanhos em imagens de material granular. Frequentemente algoritmos baseados em morfologia matemática ou detecção de arestas são utilizados para esta finalidade. Propomos uma nova abordagem para a granulometria utilizando correlações cruzadas com círculos de tamanhos diferentes. Esta técnica é primeiramente adequada para a detecção de objetos de formato circular, mas pode ser estendido para outras formas utilizando outros núcleos (kernels) de correlação. Experimentos mostram que o novo algoritmo é robusto ao ruído e pode detectar objetos com pouco contraste e/ou com sobreposição parcial. Este trabalho também apresenta características quantitativas estruturais da camada de silício poroso, obtidas aplicando o algoritmo proposto em imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV). O novo algoritmo, que chamamos Granul, calcula as áreas e frequências dos poros. Processamentos adicionais utilizando outros algoritmos classificam os poros em circulares ou quadrados. Relacionamos os resultados quantitativos obtidos com o processo de fabricação e discutimos o mecanismo de formação do poro quadrado no silício. O novo algoritmo mostrou-se confiável no processamento de imagens de MEV e é uma ferramenta promissora para controle no processo de formação dos poros. / Granulometry is the process of measuring the size distribution of objects in an image of granular material. Usually, algorithms based on mathematical morphology or edge detection are used for this task. We propose a entirely new approach for the granulometry using the cross correlations with circles of different sizes. This technique is primarily adequate for detecting circular shaped objects, but it can be extended to other shapes using other correlation kernels. Experiments show that the new algorithm is greatly robust to noise and can detect even faint objects and/or objects with partial superposition. This paper also reports the quantitative structural characteristics of the porous silicon layer based on the proposed algorithm applied to Scanning Electron Microscopy (SEM) images. The new algorithm, that we call Granul, computes the size distribution of pores and classifies the pores in circular or square ones. We relate these quantitative results to the fabrication process and discuss the square porous silicon formation mechanism. The new algorithm shows to be reliable in SEM images processing and is a promising tool to control the pores formation process.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the current competitive market, a great part of companies has as the main goal the search for continuous improvement of their products and services. Therefore, the application of statistical methods has great relevance in the quality evaluation, helping in the understanding and monitoring of the processes. In such context, the present study concerns to the use of multivariate control charts in the evaluation of the productive processes in the presence of cross-correlation, which the objective is to verify the continuous casting process stability in the production of still billets by means of Hotelling's T2 multivariate control charts applied in the estimated residual mathematical linear models. Initially, the existence of data autocorrelation was verified, it is necessary the ARIMA modeling, because when it happens, it is necessary to determine the residues and apply multivariate control charts to the residues and not on the original variables. The existence of correlation showed to be meaningful among the variables, being one of the assumptions for the statistical application T2. When the T2 chart instability is verified, it was necessary to identify the variable or the set of variables of steel temperatures in the distributor and in the distributor weight, which are responsible for the instability. Later, the estimated residues were decomposed into principal components, and with the help of the correlation of the original variables and the principal components, the variables which most contributed to the formation of each component were identified. Therefore, it was possible to detect the variables which caused the system instability, once for the steel temperature in the distributor were the T4 and T5, followed by T6, T3, T7 and T2 and for the weight of the distributor, PD4, PD5, PD3, PD6 and PD2, respectively. This way, the estimated residues from the mathematical models, the use of multivariate chart control Hotelling's T2 and the decomposition into principal components which were able to represent the productive process. This methodology allowed the understanding of the behavior of the variables and helped the monitoring of this process, as well as, in the determination of the possible variables which caused the instability in the continuous casting process. / No atual mercado competitivo, grande parte das empresas tem como principal objetivo a busca da melhoria contínua dos seus produtos e serviços. Assim, a aplicação de métodos estatísticos apresenta grande relevância na avaliação da qualidade, auxiliando na compreensão e monitoramento de processos. Nesse contexto, o presente estudo aborda a utilização de gráficos de controle multivariados na avaliação do processo produtivo na presença de correlação cruzada, cujo objetivo é verificar a estabilidade do processo de lingotamento contínuo na fabricação de tarugos de aço por meio do gráfico de controle multivariado T2 de Hotelling aplicado nos resíduos estimados de modelos matemáticos lineares. Inicialmente, foi verificada a existência de autocorrelação nos dados, sendo necessária a utilização da modelagem ARIMA, pois quando isso ocorre, deve-se proceder à determinação dos resíduos e aplicar os gráficos de controle multivariados aos resíduos e não nas variáveis originais. A existência de correlação cruzada mostrou-se significativa entre as variáveis, sendo um dos pressupostos para a aplicação da estatística T2. Verificada a instabilidade no gráfico T2, buscaram-se identificar a variável ou conjunto de variáveis das temperaturas do aço no distribuidor e peso do distribuidor, responsáveis pela instabilidade. Posteriormente, os resíduos estimados foram decompostos em componentes principais, e com o auxílio da correlação entre as variáveis originais e as componentes principais, identificou-se as variáveis que mais contribuíram para a formação de cada componente. Assim, foi possível detectar as variáveis causadoras da instabilidade do sistema, sendo que para às temperaturas do aço no distribuidor foram às temperaturas T4 e T5, seguidas de T6, T3, T7 e T2 e para o peso do distribuidor, PD4, PD5, PD3, PD6 e PD2, respectivamente. Deste modo, os resíduos estimados oriundos dos modelos matemáticos, a aplicação dos gráficos de controle multivariados T2 de Hotelling e a decomposição em componentes principais foram capazes de representar o processo produtivo. Esta metodologia possibilitou a compreensão do comportamento das variáveis e auxiliou no monitoramento do processo, bem como, na determinação das possíveis variáveis causadoras da instabilidade no processo de lingotamento contínuo.