CAPES / Bombas centrífugas são vastamente utilizadas em muitas aplicações industriais. O conhecimento de como estes componentes se comportam nas diversas aplicações é determinante para o desenvolvimento de sistemas de bombeamento eficientes e econômicos. A combinação de múltiplos rotores, difusores aletados e uma voluta podem apresentar características complexas no escoamento que em grande parte desviam-se da teoria de escoamento invíscido. Uma alternativa para extrair informações detalhadas do escoamento em bombas centrífugas, que forneçam subsídios para entender os fenômenos físicos envolvidos, é o uso da técnica numérica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo numérico do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga de dois estágios (Imbil ITAP 65-330/2) com difusor aletado e uma voluta. As equações de conservação da massa e balanço da quantidade de movimento, que modelam o escoamento em bombas centrífugas, são resolvidas numericamente utilizando o programa comercial de CFD Ansys CFX, usando uma metodologia multi-bloco e transiente. A malha utilizada é estruturada em todo o domínio computacional. As simulações numéricas foram realizadas para o escoamento de água de um fluidos viscosificado para viscosidades variando entre 87 e 720 cP e para diferentes condições de vazão e rotação. Os resultados numéricos referentes ao desempenho global foram validados com dados experimentais obtidos por Amaral (2007) mostrando uma boa concordância, onde o erro médio foi de 6,8% para água. Foram analisados os comportamentos dos campos de escoamento, de velocidades e de pressão em função das condições de operação da bomba, no ponto de melhor eficiência e fora dela. De maneira geral os resultados obtidos atendem aos objetivos propostos e representam uma significativa contribuição ao estado da arte, devendo servir como referência para o desenvolvimento de estudos futuros. / Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied.

Este trabalho trata do tema de Paradigma Orientado a Notificações (PON) e sua adequação para prover suporte a conceitos fuzzy. O PON se inspira em elementos dos paradigmas imperativo e declarativo, buscando resolver inconvenientes de ambos. Ao decompor uma aplicação em uma rede de entidades computacionais menores que são executadas apenas quando necessário, o PON elimina a necessidade de realizar computações desnecessárias e alcança melhor desacoplamento lógico-causal facilitando o reaproveitamento e distribuição. Ademais, o PON permite expressar o seu conhecimento lógico-causal em alto nível, por meio de regras no formato SE-ENTÃO. Os sistemas fuzzy, por sua vez, realizam inferências em bases de conhecimento lógico-causal (regras SE-ENTÃO) que lidam com problemas que envolvem imprecisão. Uma vez que o PON utiliza regras SE-ENTÃO de uma forma alternativa, reduzindo avaliações redundantes e acoplamento, este trabalho foi realizado para identificar, propor e avaliar as mudanças necessárias a serem realizadas sobre o PON para que este possa ser utilizado no desenvolvimento de sistemas fuzzy. Após a realização da proposta, foram criadas materializações na forma de um framework em linguagem C++, e uma linguagem de programação própria (LingPONFuzzy) com suporte a inferência fuzzy. A partir delas foram criados casos de estudo e realizados diversos testes para validar a solução proposta. Os resultados dos testes mostram uma redução significativa no número de regras avaliadas em relação a um sistema fuzzy desenvolvido utilizando ferramentas convencionais (frameworks), o que poderia representar uma melhoria no desempenho das aplicações. / This work proposes to adjust the Notification Oriented Paradigm (NOP) so that it provides support to fuzzy concepts. NOP is inspired by elements of imperative and declarative paradigms, seeking to solve some of the drawbacks of both. By decomposing an application into a network of smaller computational entities that are executed only when necessary, NOP eliminates the need to perform unnecessary computations and helps to achieve better logical-causal uncoupling, facilitating code reuse and application distribution over multiple processors or machines. In addition, NOP allows to express the logical-causal knowledge at a high level of abstraction, through rules in IF-THEN format. Fuzzy systems, in turn, perform logical inferences on causal knowledge bases (IF-THEN rules) that can deal with problems involving uncertainty. Since PON uses IF-THEN rules in an alternative way, reducing redundant evaluations and providing better decoupling, this research has been carried out to identify, propose and evaluate the necessary changes to be made on NOP allowing to be used in the development of fuzzy systems. After that, two fully usable materializations were created: a C++ framework, and a complete programming language (LingPONFuzzy) that provide support to fuzzy inference systems. From there study cases have been created and several tests cases were conducted, in order to validate the proposed solution. The test results have shown a significant reduction in the number of rules evaluated in comparison to a fuzzy system developed using conventional tools (frameworks), which could represent an improvement in performance of the applications.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / No presente trabalho foram estudadas as respostas de sensores óticos baseados em rede de período longo em cascata (CLPG) na avaliação de biocombustíveis (biodiesel de soja e etanol) em diferentes situações de não conformidade, simulando casos de possíveis adulterações ou ainda falhas no processo de fabricação. Para tanto, os dispositivos serviram como transdutores de índice de refração das substâncias analisadas. Em uma das aplicações dos sensores foram avaliadas misturas entre biodiesel de soja e óleo de soja comercial, sendo observado o desempenho do sensor ótico ao longo de toda a faixa de concentração de óleo em biodiesel (0 – 100%) e, as características metrológicas foram calculadas para três faixas de operação do sistema, abrangendo diferentes faixas de concentrações. Para as faixas 1 a 3, a sensibilidade variou de 0,06 – 0,30 nm / % v/v e a resolução de 0,17 a 0,03 % / v/v. Com o intuito de comparar resultados, as mesmas amostras de biodiesel-óleo foram avaliadas com técnicas de ultrassom, obtendo para esse, sensibilidade de 0,70 m/s / % v/v e resolução de 0,4 %. Outra situação estudada foi com relação às misturas entre biodiesel de soja e metanol e a resposta do sensor ótico apresentou resolução de 0,007 – 0,001 % / v/v. Por meio dessas respostas pôde-se desenvolver um método analítico no qual se utiliza o sensor ótico para a determinação de constituintes em misturas ternárias (biodiesel-óleo-metanol), desde que associando à operação do sensor a variação de temperatura das amostras. Em outra parte do trabalho, o sensor ótico também foi empregado na avaliação de etanol. A resposta do sensor para misturas etanol-metanol apresentou resolução de 0,19 % / v/v, enquanto que, a avaliação dessas mesmas substâncias utilizando o ultrassom, apresentou resolução de 0,26 % / v/v. Outra situação analisada com o sensor ótico, para a análise da conformidade do etanol combustível, foram amostras apresentando misturas ternárias (etanol-metanol-água) em que se fez necessária a avaliação dessas misturas por meio de um refratômetro de Abbe e medidas de densidade. Os resultados encontrados apresentaram-se promissores ao relacionar os dados refratométricos em relação às densidades obtidas para cada amostra, uma vez que, apenas um desses parâmetros não seria capaz de identificar a conformidade do produto. Foi possível então determinar, dentre todos os resultados, uma região de conformidade para o etanol combustível. / In the present work were studied the responses of the optical sensors based on cascaded long period gratings (CLPG) to evaluate biofuels (soy biodiesel and ethanol) in different situations of non-compliance, simulating cases of possible tampering or failures in the process of manufacturing. To this end, the devices served as refractive index transducers of the analyzed substances. One of the applications of the sensors were evaluate mixtures of soybean biodiesel and commercial soybean oil, observing the performance of the optical sensor over the whole range of biodiesel oil concentration (0 - 100%) and the metrological characteristics were calculated for three system operating ranges covering different concentration ranges. In lanes 1 through 3, the sensitivity ranged from 0.06 to 0.30 nm /% v / v and the resolution from 0.17 to 0.03% / v / v. In order to compare the results, the same samples of biodiesel oil, were assessed by ultrasound techniques for obtaining this, a sensitivity of 0.70 m / sec / v / v% and resolution of 0.4%. Another situation studied envolved mixtures of soybean biodiesel and methanol and the response of the optical sensor showed resolution from 0.007 to 0.001% / v / v. Through these responses could be developed an analytical method which uses the optical sensor for the determination of constituents of ternary mixtures (biodiesel - soybean oil - methanol) associating to the sensor the right temperature of the samples. Another part of the work, the optical sensor was used in the evaluation of ethanol. The sensor response for ethanol-methanol mixtures showed resolution of 0.19% / v / v, while the evaluation of those substances using ultrasound, showed resolution of 0.26% / v / v. Another situation observed using the optical sensor was the analysis of ethanol fuel with samples having ternary mixtures (ethanol-methanol-water) in which the evaluation of these mixtures by means of a refractometer Abbe and density measurements made necessary. The results presented in these analyses are promising when related the refractometric to densities datas obtained for each sample, since only one of these parameters would not be able to identify the product conformity. It was then possible to determine, among all results, a compliance region for ethanol fuel.

Investiga-se uma forma de energy harvesting que consiste em recuperar a energia do sinal eletromagnético de rádio frequência (RF), processo que também é conhecido como transferência de energia sem fio. Aplica-se o protocolo time switching (TS) para coordenar o processo de energy harvesting, o qual divide o período de envio de um pacote em dois blocos, o primeiro é dedicado à transferência de energia e o segundo ao envio de informação. A fração do tempo dedicada a cada tarefa, dada pelo parâmetro TS, tem grande impacto no desempenho do sistema. Esta dissertação mostra a investigação do uso do protocolo TS em conjunto com esquemas de retransmissão (HARQ) para o envio da informação. Os resultados mostram que os esquemas HARQ melhoram o desempenho do sistema para a alta relação sinal-ruído (SNR). Essa melhoria é ainda maior quando o destino aplica combinação de Chase entre as diversas cópias do quadro recebido. / We investigate a form of energy harvesting consisting of gathering energy from the radio frequency (RF) electromagnetic waves, also known as wireless power transfer. We employ a time switching (TS) protocol to coordinate the harvesting process, which separates a time slot into two parts, one devoted to wireless energy transfer and the other to wireless information transmission. The fraction of time devoted to each task, the TS parameter, has great impact on the overall performance. This thesis presents an investigation on the usage of the TS protocol, including the numerical optimization of the TS parameter, when hybrid automatic repeat request (HARQ) schemes are used for information transmission. Our results demonstrate that HARQ schemes can improve the system performance for high SNR. This improvement is even better if the destination applies Chase combining among the previously received copies of a frame.

Atuais paradigmas correntes de programação de software, mais precisamente o Paradigma Imperativo (PI) e o Paradigma Declarativo (PD), apresentam deficiências que afetam o desempenho das aplicações e a obtenção de “desacoplamento” (ou acoplamento mínimo) entre elementos de software. Com o objetivo de amenizar essas deficiências, foi desenvolvido o Paradigma Orientado a Notificações (PON). O PON se inspira nos conceitos do PI (e.g. objetos) e do PD (e.g. base de fatos e regras), mas altera a essência da execução ou inferência lógica-causal. Basicamente, o PON usa objetos para tratar de fatos e regras na forma de composições de outros objetos menores que, entretanto, apresentam características comportamentais de certa autonomia, independência, reatividade e colaboração por meio de notificações pontuais para fins de inferência. Isto dito, salienta-se que a materialização dos conceitos do PON se deu por meio de um arquétipo ou Framework elaborado em linguagem de programação C++. Tal materialização do PON vem sendo utilizada como uma alternativa para o desenvolvimento de aplicações sob o domínio desse paradigma e possibilitou, de fato, a criação de aplicações para ambientes computacionais usuais baseados na chamada arquitetura Von Neumann. Apesar destas contribuições para com a sua materialização, o desenvolvimento de aplicações no PON ainda não apresentava resultados satisfatórios em termos de desempenho tal qual deveria a luz do seu cálculo assintótico, nem a facilidade de programação que seria uma das suas características principais. Nesse âmbito, o presente trabalho propõe como evolução para o estado da técnica do PON a criação de uma linguagem e compilador para o paradigma. Sendo assim, este trabalho apresenta a definição da linguagem criada com a utilização de exemplos práticos guiados pelo desenvolvimento de aplicações. Subsequentemente são apresentados detalhes do compilador bem como sua estrutura. Para demonstrar a evolução do estado da técnica do paradigma, no tocante a desempenho (e.g. tempo de processamento) e facilidade de programação foram realizados estudos comparativos com a utilização da linguagem e compilador. Os estudos comparativos foram guiados com a elaboração de dois softwares denominados aplicação Mira ao Alvo e aplicação de Vendas. Essas aplicações foram desenvolvidas com base na linguagem PON e foram realizados experimentos simulando sequências de execução com o intuito de avaliar o tempo de processamento para o resultado gerado pelo compilador PON. Ainda, tais experimentos possibilitaram a avaliação de maneira subjetiva da linguagem de programação PON no tocante a facilidade de programação. Deste modo, foi possível observar com tais estudos comparativos que os resultados apresentados pelo compilador PON foram satisfatórios quando comparados aos resultados obtidos pelo Framework e por aplicações equivalentes desenvolvidas baseadas no Paradigma Orientado a Objetos (POO). / The current software development paradigms, specifically the Imperative Paradigm (IP) and the Declarative Paradigm (DP), have weaknesses that affect the applications performance and decoupling (or minimal coupling) between the software modules. In order to provide a solution regarding these weaknesses, the Notification Oriented Paradigm (NOP) was developed. NOP is inspired by the concepts of the IP (e.g. objects) and DP (e.g. base of facts and Rules). Basically, NOP uses objects to deal with facts and Rules as compositions of other, smaller, objects. These objects have the following behavioral characteristics: autonomy, independence, responsiveness and collaboration through notifications. Thus, it’s highlighted that the realization of these concepts was firstly instantiated through a Framework developed in C++. Such NOP materialization has been used as an alternative for Application development in the domain of this paradigm and made possible, in fact, the creation of applications for typical computing environments based on Von Neumann architecture. The development of the C++ materialization of NOP has not presented satisfactory results in terms of performance as it should when taking into account its asymptotic calculation and programming facility. In this context, this work presents an evolution of NOP by creating a specific programming language, and its respective compiler, for this paradigm. Therefore, this work presents the language definition and the details of the development of its compiler. To evaluate the evolution regarding to performance (e.g. processing time) and programming facility, some comparative studies using the NOP language and compiler are presented. These comparative studies were performed by developing two software applications called Target and Sales Application. These applications have been developed based on NOP language, and the experiments were performed simulating sequences of execution in order to evaluate the processing time for the generated results by NOP compiler. Still, these experiments allowed the evaluation of NOP programming language, in a subjective way, regarding to ease programming. Thus, with such comparative studies, it was possible to observe that the results presented by the compiler NOP were satisfactory when compared to the results achieved via Framework and for equivalent applications developed based on the Oriented Object Paradigm (OOP).

ANP; FINEP; MCT; CAPES / Este trabalho objetiva otimizar a localização de um robô móvel para a inspeção dos tanques de armazenamento de GLP -- Gás Liquefeito de Petróleo -- e permitir a navegação autônoma deste robô por toda a superfície do tanque. A falta de marcos no interior dos tanques levou ao desenvolvimento de uma solução envolvendo detecção de pequenas estruturas com sensores LIDAR (Light Detection and Ranging - Detecção e Telemetria por Luz) aplicada aos cordões de solda, estes sim presentes no interior do tanque, que é apresentada na primeira parte do trabalho. Em seguida, aplicando uma técnica de fusão de dados, as diferentes fontes de odometria presentes no robô são combinadas, permitindo uma precisão mais elevada na inspeção de modo geral. Por fim, o mapeamento e navegação simultâneos do exterior da esfera é abordado, a fim de se adicionar uma camada suplementar ao mapa digital, indicando os locais onde existem falhas. Testes para validação de cada uma das técnicas foram efetuados e uma análise de desempenho é apresentada ao final do trabalho. / This work aims to optimize localization of a climbing inspection robot for spherical LPG -- Liquified Petroleum Gas -- tanks and allow autonomous navigation along the entire surface of these tanks. One solution envolving small structures detection using LIDAR sensors is applied to the weld beads that are present inside the tanks. This solution is developed on the first part of this work. Following, a data fusion technique is used to combine the diferent odometry sources on the robot, resulting in a better, higher precision on the inspection as a whole. Finnaly, simultaneous mapping and navigation on the exterior of the spherical tank was studied in order to add one extra layer to the digital map, pinpointing the places where failures and weld beams were found. Validation tests for each one of this techniques are carried out and a performance analysis is also documented herein.

CAPES-DS / Em robótica móvel, um robô autônomo deve se deslocar por um ambiente sem colidir com os obstáculos ao seu redor. Com essa finalidade, várias pesquisas tem sido efetuadas ao longo dos anos, utilizando-se principalmente de sensores sonares para a aquisição de dados de distância aos obstáculos presentes no ambiente. A abordagem tradicional utilizada nesse conceito é baseada no tempo de voo do sinal ultrassônico, em que a distância entre robô e obstáculo é calculada através do período de tempo entre o envio e retorno do sinal. Essa técnica visa somente identificar a presença ou não de um obstáculo, resultando em representações de baixa resolução do ambiente, por não considerar características inerentes às reflexões ultrassônicas. Neste trabalho é apresentada uma nova abordagem, inspirada nas recentes pesquisas de imageamento através de ultrassom na área médica, com foco em problemas inversos. O objetivo é efetuar mapeamento de ambientes com uma melhor resolução e sem a necessidade da aquisição de múltiplas ondas ultrassônicas. As reconstruções das imagens foram realizadas a partir da aquisição das reflexões ultrassônicas utilizando sonares em um ambiente de testes controlado com apenas um obstáculo presente. Os experimentos efetuados visaram a comparação entre os principais métodos de reconstrução de imagens existentes, com foco em mapeamento de ambientes. Os métodos de reconstrução por problemas inversos apresentaram resultados promissores, principalmente se comparados ao método tradicional de reconstrução de imagens, delay and sum beamforming, da área médica. / An autonomous mobile robot must be able to move through an environment without colliding with obstacles. This subject has been investigated by researchers over the years, mainly using sonar sensors to acquire distance data. The traditional approach used in this concept is based on the time of flight technique, in which the distances between the robot and obstacles are computed using the period of time between sending and receiving the ultrasonic wave. This technique aims only at the detection of obstacles, reconstructing the environment in low resolution since it does not consider inherent characteristics of ultrasonic reflections. The present work introduces a new approach, based on recent research on medical image reconstruction. The goal is to achieve environmental mapping in higher resolution, but without the need to acquire multiple ultrasonic bursts. The image reconstructions were made through the acquisition of ultrasonic reflections using sonars in a controlled test environment containing only one obstacle. Experiments were conducted to compare some of the existing image reconstruction methods, focusing on environment mapping. Inverse problems showed promising results, especially when compared to the traditional method of medical image reconstruction, delay and sum beamforming.

CAPES / Escoamentos bifásicos gás-líquido são muito comuns em aplicações industriais, especialmente nas indústrias de petróleo e gás, química e nuclear. Conforme variam as condições operacionais tais como vazões das fases, dimensão das tubulações e propriedades físicas dos fluidos, ocorrem diferentes configurações geométricas conhecidas como padrões de escoamento. No caso da produção de petróleo, o padrão encontrado com maior frequência é o de golfadas, onde se alternam regiões contínuas de líquido (pistões) e regiões de preponderância gasosa (bolhas alongadas). Em operações de produção de petróleo em águas profundas é comum encontrar cenários onde a tubulação ajusta-se ao relevo do leito marinho, apresentando leves mudanças de direção. Nesse contexto, no presente trabalho é desenvolvido um estudo experimental do escoamento bifásico líquido-gás no padrão golfadas em um duto com leve mudança de direção, composto por um trecho horizontal seguido por um trecho inclinado descendente. São produzidos escoamentos em condições controladas, dos quais são extraídos alguns parâmetros característicos. Os fluidos usados são água e ar e os experimentos são realizados no circuito de testes presente no NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos da UTFPR). A extração dos parâmetros é feita através de sensores resistivos, instalados em quatro seções da tubulação. Adicionalmente, duas câmeras de alta taxa de aquisição de imagens são utilizadas. Com os resultados obtidos, avalia-se a influência de uma leve mudança de direção nos parâmetros característicos e na transição do escoamento em golfadas para estratificado na região descendente. / Gas-liquid two-phase flow is very common in industrial applications, especially in the oil and gas, chemical, and nuclear industries. As operating conditions change such as the flow rates of the phases, the pipe diameter and physical properties of the fluids, different configurations called flow patterns take place. In the case of oil production, the most frequent pattern found is slug flow, in which continuous liquid plugs (liquid slugs) and gas-dominated regions (elongated bubbles) alternate. Offshore scenarios where the pipe lies onto the seabed with slight changes of direction are extremely common. With those scenarios and issues in mind, this work presents an experimental study of two-phase gas-liquid slug flows in a duct with a slight change of direction, represented by a horizontal section followed by a downward sloping pipe stretch. The experiments were carried out at NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos UTFPR). The flow initiated and developed under controlled conditions and their characteristic parameters were measured with resistive sensors installed at four pipe sections. Two high-speed cameras were also used. With the measured results, it was evaluated the influence of a slight direction change on the slug flow structures and on the transition between slug flow and stratified flow in the downward section.

Este trabalho insere-se na área de pesquisa de sistemas de transporte inteligente e mobilidade urbana buscando um cenário onde a infraestrutura rodoviária é capaz de monitorar um tráfego exclusivo de veículos inteligentes que não dependem de motoristas para serem guiados. A principal contribuição do trabalho é o desenvolvimento de uma solução matemática para otimizar o gerenciamento microscópico centralizado do tráfego de veículos inteligentes em trechos (segmentos) de rodovia. Para isto é apresentado um modelo de otimização baseado em Programação Linear Inteira Mista (MILP), que determina um plano ótimo de trajetórias individuais dos veículos em uma evolução de tráfego. O objetivo é reduzir o tempo de viagem individualmente e assegurar fluidez do tráfego. O modelo considera componentes essenciais do sistema dinâmico viário como topografia da pista, regras de trânsito e a curva de aceleração máxima de cada veículo. São contempladas várias situações de tráfego, tais como ultrapassagens, inclinação na pista, obstáculos e redutores de velocidade. Os resultados indicaram uma média de 20,5 segundos para o cálculo de um cenário com 6 veículos e 11 intervalos de tempo. Como o modelo MILP não tem solução em tempo computacional aceitável para aplicação real, também é proposto um algoritmo de simulação baseado em heurísticas o qual busca reduzir esse tempo de cálculo em detrimento da otimalidade da solução. O algoritmo reproduz o comportamento de um motorista que tenta manter sempre um valor de velocidade escolhido previamente, e por isso é forçado a ultrapassar outros veículos quando obstruído ao longo do trajeto. O resultado do algoritmo tem importância adicional, pois serve de referência para resolver o problema da prioridade nas ultrapassagens. Também são propostos novos indicadores para a avaliação microscópica de qualidade de tráfego. Finalmente, são apresentados resultados de testes em simulações a fim de avaliar e validar o modelo e o algoritmo. / This work focus on the research area of intelligent transportation systems and urban mobility. It considers a scenario where the roadside infrastructure is capable of monitoring traffic composed by 100% of intelligent vehicles that do not rely on drivers to be guided. The main contribution of this work is the development of a mathematical solution to optimize the centralized management of intelligent microscopic vehicular traffic in parts (segments) of highway. Therefore an optimization model based on Mixed Integer Linear Programming (MILP) is presented. The model determines individual trajectories plans of vehicles in a traffic evolution. The objective is to reduce the travel time individually and ensure traffic flow. The model considers essential components of the dynamic highway system, such as, topography of the lane, traffic rules and acceleration curve for each vehicle. Many traffic situations are considered, such as, overtaking, slopes, obstacles and speed reducers. The results indicated an average of 20.5 seconds to calculate a scenario with 6 vehicles and 11 time intervals. As the MILP model has no solution in acceptable computational time for real application, it is proposed an algorithm based on heuristic simulation which seeks to reduce the computation time at the expense of optimality of the solution. The algorithm reproduces the behavior of a driver who always tries to maintain a preselected velocity value, and is therefore forced to overtake other vehicles when blocked along the path. The result of the algorithm has additional importance because it serves as a reference for solving the problem of priority when overtaking. New indicators for microscopic evaluation of quality traffic are also proposed. Finally, test results are presented on simulations to evaluate and validate the model and algorithm.

CAPES / Este trabalho apresenta novas abordagens para duas das etapas fundamentais relacionadas com análise automática de oscilografias de redes de distribuição: a detecção dos instantes transitórios e a sua classificação. Para comparação e validação dos métodos são utilizadas duas bases de dados, sendo uma delas formada por dados simulados no aplicativo Alternative Transient Program e outra contendo dados reais de oscilógrafos instalados em uma rede de distribuição de energia elétrica. Os dados reais apresentam um conjunto de eventos relevante para as análises aqui propostas, principalmente por conter uma gama variada de eventos, incluindo transitórios decorrentes de descargas atmosféricas. Com relação à detecção de transitórios (segmentação de oscilografias), foram testados os métodos atualmente propostos na literatura, os quais contemplam Filtro de Kalman, Transformada Wavelet Discreta e Modelos Autorregressivos, além de serem propostas duas novas técnicas baseadas no Operador de Energia de Teager e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte. Demonstra-se que, tanto para dados simulados quanto para dados reais, o método de detecção baseado na Representação de Dados utilizando Vetores Suporte aponta para um melhor desempenho global no processo de detecção. Com relação à classificação automática de oscilografias, propõe-se uma nova abordagem incluindo um estágio dedicado à detecção de padrões não inseridos no aprendizado prévio do classificador, denominados de novidades, além da própria classificação multiclasse normalmente empregada para diferenciar múltiplas classes conhecidas a priori. São testadas abordagens utilizando a detecção de novidades e classificação multiclasse em estágios simultâneos e subsequentes, com base nos classificadores X-Médias, K-Vizinhos-Mais-Próximos e Representação de Dados Utilizando Vetores Suporte com diferentes formulações, além do próprio classificador multiclasse baseado em Máquinas de Vetor Suporte. Adicionalmente, é proposto um tratamento aos padrões considerados como novidades, com o intuito de fornecer informações ao especialista sobre as similaridades existentes entre os padrões desse conjunto. Para realizar esse processo, optou-se por utilizar modelos de agrupamento automático. Os resultados finais, principalmente para a base de dados incluindo eventos reais, mostram que é possível obter um desempenho de classificação relevante (acima de 80%) para cada um dos estágios do processo de classificação proposto, o qual inclui a detecção de novidades, a classificação multiclasse e o processamento de padrões classificados como novidades (agrupamento automático). / This work presents new approaches for two of the fundamental steps in automatic waveform analysis in electrical distribution systems: transient time detection and its classification. Two datasets were used to compare and validate the proposed methods. The first is composed by simulated waveforms, by using the Alternative Transient Program, while the second is formed by real data from a monitoring system developed for overhead distribution power lines. The real data present a set of relevant events for the analysis proposed here, mainly due to the variety of events, including lightning-related transients. Regarding transient detection (waveform segmentation), the experiments involve usual segmentation methods, such as Kalman filtering, standard Discrete Wavelet Transform, and autoregressive models, besides two new techniques based on the Teager Energy Operator and Support Vector Data Description. The results obtained on both simulated and real world data demonstrate that the method based on Support Vector Data Description outperforms other methods in the transient identification task. Regarding the automatic waveform classification, a new approach including the detection of classes not defined in the training stage (called novelties) is presented. Also, the classifier is able to discriminate among multiple known classes, normally defined as multi-class classification. Two different approaches are compared, by using multi-class classification and novelty detection in two subsequent stages and in a simultaneous way. The following classifiers were assessed: X-Means, K-Nearest-Neighbors, and Support Vector Data Description with different formulations, besides the Support Vector Machine for multi-class classification. Furthermore, a technique for the post-processing of the novelties is presented, in order to provide some useful information for the experts, regarding possible similarities in the novelty set. To accomplish this task, automatic clustering methods were used. The final results, especially for the dataset with real examples, show that it is possible to obtain a relevant classification performance (above 80%) in each one of the three stages of the classification process: multi-class classification, novelty detection, and the post-processing applied to the novelties (automatic clustering).