Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Neste trabalho é avaliado o impacto do emprego de radares fixos na velocidade e na acidentalidade no trecho compreendido entre o Km 153,350 e o Km 227,800 da Rodovia Washington Luís - SP-310 (extensão de 74,450 km), localizado no interior do estado de São Paulo e cuja concessão pertence à empresa Centrovias. A avaliação do impacto na velocidade e na acidentalidade foi realizada em segmentos curtos situados no entorno dos radares e em toda a extensão do trecho. As medições de velocidade foram realizadas nos pontos onde se localizam os radares fixos, em pontos próximos (cerca de 2km antes e 2km depois) e em pontos distantes. Os resultados mostram que o limite legal de velocidade é mais respeitado no local onde se localizam os radares e um pouco antes dos mesmos. Logo depois dos radares e em pontos distantes, o limite máximo de velocidade é muito menos respeitado. É muito alta a porcentagem de veículos que passam pelos radares com velocidade acima do limite legal mais a tolerância de 7km/h (8,4%), e que, portanto, cometem infração e deveriam ser multados. Claramente, a abrangência espacial dos radares fixos no sentido de reduzir as velocidades é limitada a um pequeno segmento localizado, na sua maior parte, imediatamente antes dos mesmos. A evolução dos índices de acidentes mostra que não houve melhoria na segurança com a colocação dos radares nos segmentos localizados no entorno dos mesmos. Praticamente todos os índices apresentaram crescimento. Isso também acontece quando se analisa a evolução dos índices de acidentes ao longo de toda a extensão do trecho de rodovia estudado, pois todos os índices experimentaram crescimento / In this work the impact of the use of fixed radars in the speed and in the analysis of accidents in the segment between the Km 153,350 and the km 227,800 of the Washington Luís Highway is evaluated - SP-310 (extension of 74,450 km), located in the interior of the state of São Paulo and whose concession belongs to the Centrovias company. The evaluation of the impact in the speed and in the analysis of accidents was carried out in short segments situated around of the radars and in all the extension of the segment. The measurements of speed had been done in the points where the fixed radars were located, in points near (about of 2km before and 2km after) and in distant points. The results show that the legal limit of speed is more respected in the place where the radars are located and just before them. Soon after the radars and in distant points, the maximum limit of speed is much less respected. The percentage of vehicles that pass by the radars with speed above of the legal limit plus the tolerance of 7km/h (8,4%), is very high, resulting in infraction that should be fined. Clearly, the use of the fixed radars intending to reduce the speeds is limited to a small segment located, normally immediately before them. The evolution of the indices of accidents shows that did not have improvement in the security using radars in the segments located near them. Practically all the indices had presented growth. This also happens when it is analyzed the evolution of the indices of accidents in all the extension of the studied segment of highway, because all the indices had growth

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Vias de Comunicação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Neste trabalho é avaliado o impacto do emprego de radares fixos na velocidade e na acidentalidade no trecho compreendido entre o Km 153,350 e o Km 227,800 da Rodovia Washington Luís - SP-310 (extensão de 74,450 km), localizado no interior do estado de São Paulo e cuja concessão pertence à empresa Centrovias. A avaliação do impacto na velocidade e na acidentalidade foi realizada em segmentos curtos situados no entorno dos radares e em toda a extensão do trecho. As medições de velocidade foram realizadas nos pontos onde se localizam os radares fixos, em pontos próximos (cerca de 2km antes e 2km depois) e em pontos distantes. Os resultados mostram que o limite legal de velocidade é mais respeitado no local onde se localizam os radares e um pouco antes dos mesmos. Logo depois dos radares e em pontos distantes, o limite máximo de velocidade é muito menos respeitado. É muito alta a porcentagem de veículos que passam pelos radares com velocidade acima do limite legal mais a tolerância de 7km/h (8,4%), e que, portanto, cometem infração e deveriam ser multados. Claramente, a abrangência espacial dos radares fixos no sentido de reduzir as velocidades é limitada a um pequeno segmento localizado, na sua maior parte, imediatamente antes dos mesmos. A evolução dos índices de acidentes mostra que não houve melhoria na segurança com a colocação dos radares nos segmentos localizados no entorno dos mesmos. Praticamente todos os índices apresentaram crescimento. Isso também acontece quando se analisa a evolução dos índices de acidentes ao longo de toda a extensão do trecho de rodovia estudado, pois todos os índices experimentaram crescimento / In this work the impact of the use of fixed radars in the speed and in the analysis of accidents in the segment between the Km 153,350 and the km 227,800 of the Washington Luís Highway is evaluated - SP-310 (extension of 74,450 km), located in the interior of the state of São Paulo and whose concession belongs to the Centrovias company. The evaluation of the impact in the speed and in the analysis of accidents was carried out in short segments situated around of the radars and in all the extension of the segment. The measurements of speed had been done in the points where the fixed radars were located, in points near (about of 2km before and 2km after) and in distant points. The results show that the legal limit of speed is more respected in the place where the radars are located and just before them. Soon after the radars and in distant points, the maximum limit of speed is much less respected. The percentage of vehicles that pass by the radars with speed above of the legal limit plus the tolerance of 7km/h (8,4%), is very high, resulting in infraction that should be fined. Clearly, the use of the fixed radars intending to reduce the speeds is limited to a small segment located, normally immediately before them. The evolution of the indices of accidents shows that did not have improvement in the security using radars in the segments located near them. Practically all the indices had presented growth. This also happens when it is analyzed the evolution of the indices of accidents in all the extension of the studied segment of highway, because all the indices had growth

O objetivo dessa tese é detectar e classificar problemas de medição de nível por princípio de radar de propagação de onda livre por meio de RNA (redes neurais artificiais) e SVM (support vector machines) aliados à tratamentos estatísticos. Um primeiro cenário com ambiente controlado foi montado para a obtenção de dados preliminares. Na sequência, outros três cenários empregaram dados industriais reais. Para tanto, algumas topologias de redes neurais em quatro cenários diferentes foram testadas e foi possível demonstrar o funcionamento eficiente da RNA com acertos de 100% para o primeiro cenário, 93,51% para o segundo, 99,75% para o terceiro e de 99,94% para o quarto cenário. Para esses mesmos quatro cenários, os resultados de classificação do SVM foram de 100%, 84,41%, 93,74% e de 96,40%. Os resultados obtidos demonstram que a técnica desenvolvida pode ser aplicada à cenários reais de medição de nível. Após a classificação dos problemas pela RNA ou SVM é recomendada a utilização de alguns dos ícones baseados na norma internacional NAMUR NE107 para reportar as diferentes classificações de problemas resultantes da aplicação das técnicas dessa tese. Propõe-se que essas técnicas sejam embarcadas em aplicativos computacionais de gerenciamento de ativos para melhorar a confiabilidade da medição, antecipar rotinas de manutenção dos instrumentos e aumentar a segurança da planta industrial através de reportes adequados aos usuários dos problemas de medição de nível e do mapeamento das fases do processo. / The aim of this Thesis is to detect and classify level measurement problems by free wave propagation radars using ANN (artificial neural network) and SVM (support vector machines) with statistical pre-processing data. In the first scenario, a controlled environment was build in order to get the preliminary data. In addition, three other scenarios with real industry data was considered. Therefore, some topologies of neural networks and SVM in four different scenarios were tested and it was demonstrated the efficiency of ANN to reach an accuracy rate of 100% for the first scenario, 93.51% for the second, 99.75% for third and 99.94% for the fourth scenario. For these same four scenarios, the results of SVM classification were 100%, 84.41%, 93.74% and 96.40%. After classifying the problems by ANN or SVM, it is recommended to use some of the icons following the international standard NAMUR NE107 to report the different classifications of problems within this thesis. It is proposed that these techniques be embedded in asset management environment to improve the reliability of level measurement, antecipate maintenance routines and improve plant safety through adequately reporting the classified problems and mapping stage of the process to the users.

Uma antena-radar clássica é composta basicamente de uma fonte primária justaposta a um foco refletor parabólico. A lei de iluminação é estabelecida de maneira a satisfazer, tão precisamente quanto possível, a forma do feixe desejado. É a movimentação do conjunto que garante a cobertura de exploração desejada. O presente texto estuda o projeto e desenvolvimento de um servomecanismo capaz de suportar e posicionar uma antena de radar, dentro de parâmetros e restrições definidas. Os objetivos do trabalho são: levantar e estudar os fatores relevantes para especificação de um projeto de controle de posição de uma antena-radar através de servomecanismos; apresentar uma proposta de projeto de controle de posição através de servomecanismo; propor um modelo estrutural teórico consistente do conjunto antena-radar para fins de simulação dinâmica e análise modal da estrutura, e apresentar a implantação do sistema de controle proposto num projeto real de Engenharia, para o servomecanismo de uma antena de radar meteorológico. A proposta de controle foi aplicada com êxito no Modelo de Engenharia do Radar Meteorológico Doppler RMD700S-1M, desenvolvido pelo consórcio Omnisys/Atech, que foi instalado e opera em Mogi das Cruzes/SP. O texto apresenta, de forma estruturada, os fatores relevantes que devem ser levados em consideração para o desenvolvimento de um projeto deste tipo. Como conclusões do texto, são apresentadas considerações com relação ao projeto, apontando pontos positivos e negativos do desenvolvimento. / A classical radar antenna is basically composed of a primary source mounted at the focal point of a parabolic reflector. The illumination rule is established so that the desired beam-shape is attained, as precisely as possible. The physical motion of the set guarantees the coverage of the desired volume of exploitation. The actual text studies the design and development of a servomechanism capable of supporting and positioning a radar antenna, within well-defined parameters and restrictions. The aims of the dissertation are: determination and study of relevant factors for the specification of a control system design for the positioning of a servodriven radar antenna; presentation of a servo-driven positioning control system design proposal; proposal of a consistent theoretical structural model of the radar antenna set for the purpose of dynamic simulation and modal analysis of the structure and; presentation of the implementation of the proposed control system in a real Engineering design project: a servo-driven weather radar antenna. The control propose was successfully employed at the Engineering Model of the Doppler weather radar RMD700S-1M, developed by the trust Omnisys/Atech, installed and operant at Mogi das Cruzes/SP. The text presents, in a structured form, all relevant factor that must be taken into account in the development of such design. The conclusions drawn at the end of the dissertation are considerations regarding the design, which point out faults and weak points of the development.

Uma antena-radar clássica é composta basicamente de uma fonte primária justaposta a um foco refletor parabólico. A lei de iluminação é estabelecida de maneira a satisfazer, tão precisamente quanto possível, a forma do feixe desejado. É a movimentação do conjunto que garante a cobertura de exploração desejada. O presente texto estuda o projeto e desenvolvimento de um servomecanismo capaz de suportar e posicionar uma antena de radar, dentro de parâmetros e restrições definidas. Os objetivos do trabalho são: levantar e estudar os fatores relevantes para especificação de um projeto de controle de posição de uma antena-radar através de servomecanismos; apresentar uma proposta de projeto de controle de posição através de servomecanismo; propor um modelo estrutural teórico consistente do conjunto antena-radar para fins de simulação dinâmica e análise modal da estrutura, e apresentar a implantação do sistema de controle proposto num projeto real de Engenharia, para o servomecanismo de uma antena de radar meteorológico. A proposta de controle foi aplicada com êxito no Modelo de Engenharia do Radar Meteorológico Doppler RMD700S-1M, desenvolvido pelo consórcio Omnisys/Atech, que foi instalado e opera em Mogi das Cruzes/SP. O texto apresenta, de forma estruturada, os fatores relevantes que devem ser levados em consideração para o desenvolvimento de um projeto deste tipo. Como conclusões do texto, são apresentadas considerações com relação ao projeto, apontando pontos positivos e negativos do desenvolvimento. / A classical radar antenna is basically composed of a primary source mounted at the focal point of a parabolic reflector. The illumination rule is established so that the desired beam-shape is attained, as precisely as possible. The physical motion of the set guarantees the coverage of the desired volume of exploitation. The actual text studies the design and development of a servomechanism capable of supporting and positioning a radar antenna, within well-defined parameters and restrictions. The aims of the dissertation are: determination and study of relevant factors for the specification of a control system design for the positioning of a servodriven radar antenna; presentation of a servo-driven positioning control system design proposal; proposal of a consistent theoretical structural model of the radar antenna set for the purpose of dynamic simulation and modal analysis of the structure and; presentation of the implementation of the proposed control system in a real Engineering design project: a servo-driven weather radar antenna. The control propose was successfully employed at the Engineering Model of the Doppler weather radar RMD700S-1M, developed by the trust Omnisys/Atech, installed and operant at Mogi das Cruzes/SP. The text presents, in a structured form, all relevant factor that must be taken into account in the development of such design. The conclusions drawn at the end of the dissertation are considerations regarding the design, which point out faults and weak points of the development.

O objetivo dessa tese é detectar e classificar problemas de medição de nível por princípio de radar de propagação de onda livre por meio de RNA (redes neurais artificiais) e SVM (support vector machines) aliados à tratamentos estatísticos. Um primeiro cenário com ambiente controlado foi montado para a obtenção de dados preliminares. Na sequência, outros três cenários empregaram dados industriais reais. Para tanto, algumas topologias de redes neurais em quatro cenários diferentes foram testadas e foi possível demonstrar o funcionamento eficiente da RNA com acertos de 100% para o primeiro cenário, 93,51% para o segundo, 99,75% para o terceiro e de 99,94% para o quarto cenário. Para esses mesmos quatro cenários, os resultados de classificação do SVM foram de 100%, 84,41%, 93,74% e de 96,40%. Os resultados obtidos demonstram que a técnica desenvolvida pode ser aplicada à cenários reais de medição de nível. Após a classificação dos problemas pela RNA ou SVM é recomendada a utilização de alguns dos ícones baseados na norma internacional NAMUR NE107 para reportar as diferentes classificações de problemas resultantes da aplicação das técnicas dessa tese. Propõe-se que essas técnicas sejam embarcadas em aplicativos computacionais de gerenciamento de ativos para melhorar a confiabilidade da medição, antecipar rotinas de manutenção dos instrumentos e aumentar a segurança da planta industrial através de reportes adequados aos usuários dos problemas de medição de nível e do mapeamento das fases do processo. / The aim of this Thesis is to detect and classify level measurement problems by free wave propagation radars using ANN (artificial neural network) and SVM (support vector machines) with statistical pre-processing data. In the first scenario, a controlled environment was build in order to get the preliminary data. In addition, three other scenarios with real industry data was considered. Therefore, some topologies of neural networks and SVM in four different scenarios were tested and it was demonstrated the efficiency of ANN to reach an accuracy rate of 100% for the first scenario, 93.51% for the second, 99.75% for third and 99.94% for the fourth scenario. For these same four scenarios, the results of SVM classification were 100%, 84.41%, 93.74% and 96.40%. After classifying the problems by ANN or SVM, it is recommended to use some of the icons following the international standard NAMUR NE107 to report the different classifications of problems within this thesis. It is proposed that these techniques be embedded in asset management environment to improve the reliability of level measurement, antecipate maintenance routines and improve plant safety through adequately reporting the classified problems and mapping stage of the process to the users.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-05-03T22:56:48Z No. of bitstreams: 1 LeonardoWaylandTorresSilva_TESE.pdf: 3255016 bytes, checksum: 1c9f68f3968c7c1bdbdc4119bde6f919 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-05-05T20:16:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LeonardoWaylandTorresSilva_TESE.pdf: 3255016 bytes, checksum: 1c9f68f3968c7c1bdbdc4119bde6f919 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-05T20:16:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeonardoWaylandTorresSilva_TESE.pdf: 3255016 bytes, checksum: 1c9f68f3968c7c1bdbdc4119bde6f919 (MD5) Previous issue date: 2015-06-19 / Os centros de lan?amento e rastreio t?m por finalidade realizar atividades cient?ficas e comerciais com ve?culos aeroespaciais. Os Sistemas de Rastreio de Foguetes (SRF) integram a infraestrutura desses centros, sendo respons?veis pela coleta e processamento dos dados da trajet?ria dos ve?culos. Os sensores dos SRFs normalmente s?o Radares com Refletores Parab?licos (RRPs), mas tamb?m ? poss?vel usar radares com arranjos de antenas, chamados de Arranjos de Varredura (AVs), originando os Radares com Arranjos de Varredura (RAVs). Nos AVs, o sinal de alimenta??o de cada elemento radiante do arranjo pode ser ajustado para fazer o controle eletr?nico do diagrama de radia??o, a fim de aumentar as funcionalidades e reduzir as manuten??es do sistema. Com isso, nos projetos de implanta??o e reutiliza??o de RAVs, a modelagem est? sujeita a v?rias combina??es de sinais de alimenta??o, produzindo um problema de otimiza??o complexo, devido ao grande n?mero de solu??es dispon?veis. Para solucionar tal problema, ? poss?vel usar m?todos de otimiza??o off-line, tais como Algoritmos Gen?ticos (AGs), cujas solu??es calculadas s?o armazenadas para aplica??es on-line. Nesse contexto, o m?todo do Algoritmo Gen?tico com Crossover M?ximo-M?nimo (Genetic Algorithm with Maximum-Minimum Crossover - GAMMC) foi usado para desenvolver o algoritmo GAMMC-P, que otimiza a etapa de modelagem do controle do diagrama de radia??o de AVs planares. Comparado a um AG com recombina??o convencional, o GAMMC tem uma abordagem diferente, pois realiza a recombina??o de indiv?duos mais aptos com indiv?duos menos aptos, para aumentar a diversidade gen?tica da popula??o, evitando a converg?ncia prematura, aumentando o fitness e reduzindo o tempo de processamento. Assim, o GAMMC-P utiliza um algoritmo reconfigur?vel, com m?ltiplos objetivos, codifica??o real diferenciada e o operador gen?tico MMC, tendo atingido com sucesso os requisitos propostos para diferentes condi??es de opera??o de um RAV planar. / Launching centers are designed for scientific and commercial activities with aerospace vehicles. Rockets Tracking Systems (RTS) are part of the infrastructure of these centers and they are responsible for collecting and processing the data trajectory of vehicles. Generally, Parabolic Reflector Radars (PRRs) are used in RTS. However, it is possible to use radars with antenna arrays, or Phased Arrays (PAs), so called Phased Arrays Radars (PARs). Thus, the excitation signal of each radiating element of the array can be adjusted to perform electronic control of the radiation pattern in order to improve functionality and maintenance of the system. Therefore, in the implementation and reuse projects of PARs, modeling is subject to various combinations of excitation signals, producing a complex optimization problem due to the large number of available solutions. In this case, it is possible to use offline optimization methods, such as Genetic Algorithms (GAs), to calculate the problem solutions, which are stored for online applications. Hence, the Genetic Algorithm with Maximum-Minimum Crossover (GAMMC) optimization method was used to develop the GAMMC-P algorithm that optimizes the modeling step of radiation pattern control from planar PAs. Compared with a conventional crossover GA, the GAMMC has a different approach from the conventional one, because it performs the crossover of the fittest individuals with the least fit individuals in order to enhance the genetic diversity. Thus, the GAMMC prevents premature convergence, increases population fitness and reduces the processing time. Therefore, the GAMMC-P uses a reconfigurable algorithm with multiple objectives, different coding and genetic operator MMC. The test results show that GAMMC-P reached the proposed requirements for different operating conditions of a planar RAV.

[pt] Processamento em arranjos de sensores é uma área com vasta aplicação, tanto civil quanto militar, por exemplo em sonar, radar, sismologia e comunicações sem fio. Por meio de processamento espacial e espácio-temporal é possível melhorar suas funcionalidades e explorar novas possibilidades. Esta área vem atraindo cada vez mais a atenção e os esfor¸cos da comunidade científica, especialmente agora, em que antenas phased-array se estabeleceram como uma tecnologia comercial e madura. Neste contexto, nós tratamos o problema de processamento com posto reduzido em processamento espacial (beamforming) e espácio-temporal de sinais radar e a nova área de radares com função dual de radar e comunicações (dualfunction radar-communications, DFRC), que pode ser resumida na incorporação de mensagens de comunicações nas transmissıes radar como uma tarefa secundária. Nesta tese, nós investigamos a aplicação de um novo esquema de reduções de posto baseado em interpolação e decimação em duas áreas distintas: processamento espacial e processamento espácio-temporal de sinais radar. Este algoritmo para redução de posto nunca havia sido testado nestes ambientes antes e apresentou resultados bastante expressivos. Nós também propomos simplificações para reduzir a complexidade computacional do algoritmo em bemforming. Quanto ao tópico de DFRC, nós propomos dois métodos originais para incorporar modulação de amplitude/fase aos lóbulos laterais do diagrama de irradiação do radar de forma robusta. Os métodos propostos são muito mais simples do que o estado-da-arte e apresentam desempenho superior em termos de robustez e aplicabilidade em operações de tempo-real. Nós ainda provemos várias outras análises, comparações e contribuições a esta nova área. / [en] Array processing is an area with many civilian and military applications, e.g. sonar, radar, seismology and wireless communications. By means of space and space-time processing it is possible to enhance their features and explore new possibilities. This area has been attracting increasingly more attention and gathering more efforts of the science community, especially now, that phased array antennas are established as a commercial and mature technology. Within this context, we address the problem of reduced rank processing in space and space-time radar signal processing and the new area of dual-function radar-communications (DFRC), which may be summarized as embedding communication messages into radar emissions as a secondary task for the radar. In this thesis, we investigate the application of a new joint interpolation and decimation rank reducing scheme in two different areas: beamforming and space-time radar processing. This rank reducing algorithm was never tested within these contexts before and shows impressive results. We also propose simplifications for decreasing the computational complexity of the algorithm in beamforming. In the topic of DFRC, we propose two original robust radar-embedded sidelobe phase/amplitude modulation methods which have simple closed form equations. The proposed methods are much simpler than the state of the art and have superior performance in terms of robustness and real-time applicability.