Presently, companies live a reality of rapid economic transformations generated by globalization. The growth of the products and services international trade, the constant exchange of information and the cultural interchange challenge administrators to define new paths for their companies. This dynamics and the increasing competitiveness demand new knowledge and abilities from professionals. In this way, new technologies are researched in order to improve operational efficiency. The Brazilian oil industry in particular has invested in applied research, as well as on development and technological qualification to keep its competitiveness in the international market. Many are the problems that must still be studied in this production sector. Among these, and due their importance, the problems of products storage and transference can be pointed out. This work approaches a scheduling problem that involves diesel oil storage and distribution in an oil refinery. The Mixed Integer Linear Programming (MILP) techniques with representation in the discrete and continuous time were used. The models that were developed were solved by the LINGO 8.0 software, using the branch and bound algorithm. However, due to their combinatorial nature, the expended computational time used for thesolution was excessive. Thus, four new methodologies were developed: Hybrid Steady State Genetic Algorithm (HSSGA) and Transgenetic ProtoG Algorithm, both integrated to Linear Programming (LP), for the representation of discrete time; simulation with optimization using the Genetic Algorithm (GA) and simulation with optimization using the Transgenetic ProtoG Algorithm, for the representation of continuous time. The results obtained through several tests with these new methodologies have shown that they can reach good results in an acceptable computational time. The two techniques for the representation of discrete time have shown satisfactory performance in terms of quality of solution and computational time. Among these, the methodology that uses the Transgenetic ProtoG Algorithm showed the best results. Also, the simulator with optimization using GA and the one that used the Transgenetic ProtoG Algorithm for the representation of continuous time were adequate to substitute the resolution through PLIM, because they reach solutions with a reduced computational time when compared with the time used for the solution with branch and bound. / As empresas vivem hoje uma realidade de transformações econômicas advindas da globalização. O crescimento do comércio internacional de produtos e serviços, a troca constante de informações e o intercâmbio cultural vêm desafiando os administradores a definir novos rumos para suas empresas. Esta dinâmica e a crescente competitividade exigem novos conhecimentos e habilidades dos profissionais. Desta forma, buscam-se novas tecnologias para conseguir-se a melhoria da eficiência operacional. Em especial, a indústria petrolífera brasileira tem investido na pesquisa aplicada, desenvolvimento e capacitação tecnológica para manter-se competitiva no mercado internacional. Muitos são os problemas que ainda devem ser estudados neste setor produtivo. Dentre estes, pode-se destacar os problemas de transferência e estocagem de produtos. Este trabalho aborda um problema de programação da produção (scheduling) envolvendo estocagem e distribuição de diesel em uma refinaria de petróleo. Para solucionar este problema foram utilizados a princípio modelos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) com abordagens para a representação no tempo discreto e contínuo. Os modelos desenvolvidos foram resolvidos com o uso do aplicativo computacional LINGO 8.0 através do algoritmo branch and bound. Devido à natureza combinatorial destes, o tempo computacional despendido na resolução mostrou-se excessivo. Desta forma, foram desenvolvidas quatro novas metodologias buscando amenizar este problema: Algoritmo Genético de Estado Estacionário Híbrido (AGEEH) e Algoritmo Transgenético ProtoG integrados à Programação Linear (PL) para a representação de tempo discreto; simulação com otimização através de Algoritmo Genético (AG) e simulação com otimização através de Algoritmo Transgenético ProtoG na representação de tempo contínuo. Os resultados obtidos através de vários testes com as novas metodologias mostraram que estas podem encontrar bons resultados em tempo computacional aceitável. Para a representação de tempo discreto as duas abordagens obtiveram desempenho satisfatório em termos de qualidade de solução e tempo computacional. Dentre estas, a metodologia que utilizou o Algoritmo Transgenético ProtoG apresentou os melhores resultados. Ainda, o simulador com otimização usando AG e o que utilizou Algoritmo Transgenético ProtoG na representação de tempo contínuo mostraram-se adequados para substituir a resolução através de PLIM por encontrar soluções com tempo computacional muito aquém do tempo despendido na resolução com o branch and bound.

CNPq; Capes / Neste trabalho é utilizado a tecnologia convencional de fabricação de circuitos impressos, que possuem vantagens de ser de baixo custo, facilidade de produção, tecnologia conhecida e divulgada, para se desenvolver dois tipos básicos de sensores planares. O primeiro um capacitivo que opera pela detecção da variação da permissividade do meio e um segundo do tipo passivo, wireless e ressonante (PWR) que varia a frequência ressonante em função da permissividade ou permeabilidade do meio. Além disso, são apresentadas análises matemáticas, simulações e medições. Com os sensores foram realizados testes para a detecção da presença de água em dutos hidráulicos e umidade em amostras de madeiras, cujos resultados indicam que os sensores atendem ao propósito de medição e podem ser utilizados para os seus fins específicos. / In this work it was used the conventional manufacturing technology for printed circuits, which presents advantages of being low cost, known technology, for developing two basic types of planar sensors. The first one operates by capacitive measurements of variation of permittivity of medium and a second type of passive, wireless, resonant (PWR) which changes the resonant frequency as a function of permittivity or permeability. Furthermore, two types of sensors are described from the point of view of mathematical analysis, simulations, and measurements. Tests were performed to detect the presence of water in hydraulic ducts and moisture of wood samples. The results indicate that evaluated sensors serve the purpose and can be used for their specific applications.

CAPES; ANP; FINEP; MCT; PETROBRAS / Escoamentos bifásicos são encontrados com frequência, em atividades industriais, como por exemplo, em reatores químicos e nas operações de produção e transporte de petróleo, onde escoamentos do tipo gás-liquido são os mais comuns. Esses são caracterizados pela passagem simultânea de dois fluidos imiscíveis em um duto, podendo tomar diversas formas ao longo da tubulação, chamado de padrão ou regime de escoamento. Em muitos casos, o tipo de escoamento determina a eficiência e segurança dos processos ou plantas onde tais ocorrem. Desta forma, a monitoração em tempo real de escoamentos bifásicos é de grande importância. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sensor inteligente para monitoramento de escoamento bifásico. Foram selecionados dois parâmetros importantes de monitoração, o primeiro deles é a fração de gás e o segundo a velocidade de translação de bolhas. Para isso foi desenvolvido uma sonda capacitiva que explora a diferença da permissividade elétrica das fases para diferenciá-las. Além disso, uma eletrônica anteriormente desenvolvida foi aprimorada para tornar possível a medição de dois canais simultaneamente e o firmware modificado para realização do cálculo de fração de vazio e velocidades de forma embarcada. A resposta da sonda capacitiva desenvolvida não depende apenas da proporção volumétrica das fases, mas também da forma que estão distribuídas em seu interior, portanto simulações de campo elétrico pelo método de elementos finitos foram realizadas para o levantamento da resposta do mesmo. A resposta do sensor foi validada através de testes estáticos e em escoamentos em plantas controladas, onde os resultados foram comparados com os obtidos, em medidas simultâneas com o sensor wire-mesh, adotado como referência neste trabalho. Os resultados obtidos mostram que o sensor capacitivo é capaz de medir os parâmetros de forma satisfatória. Assim, este sensor pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitoração de escoamentos bifásicos. / Two-phase flow is frequently found in industrial activities, for instance in chemical reactors or during oil production and transport, where gas-liquid flow type is the most common. Such flow is characterized by the simultaneous passage of two immiscible fluids in a pipe. The fluids may assume various spatial distributions in a pipe, which are classified into flow regimes. In many cases, the type of flow determines the efficiency and safety of the processes or plants in which they occur. The objective of this work is to develop a smart sensor for real-time monitoring of two-phase flows. Here two important monitoring parameters were selected; the first is the gas void fraction and the second translational bubble velocities. To this aim, a capacitive probe was developed that exploits the difference in electrical permittivity of the phases. In addition, a previously developed electronics have been further developed to make it possible to measure two channels simultaneously and the firmware has been modified for performing the calculation of the two parameters directly in the embedded microcontroller. The response of the capacitive probe depends not only on the volume fraction of the phases, but it also depends on the way they are distributed inside the pipe. In order to account for this, electric field simulations by finite element method were performed to survey the sensor responses. The overall sensor response was validated by static tests and controlled flow experiments in a pilot plant. The measurement results were compared with those obtained by simultaneous measurements with a wire-mesh sensor which was adopted as reference in this study. The results show that the capacitive sensor is able of measuring the parameters satisfactorily. Hence, the sensor can be applied in future work as a simple tool for two-phase flows monitoring.

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.

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.

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).

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.

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).

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.