O presente trabalho propõe um modelo de operação sustentado por um sistema de suporte à decisão para operar a distribuição de água em tempo real atendendo a condições / restrições hidráulicas com o mínimo custo de energia elétrica. O atendimento às condições / restrições hidráulicas são avaliadas por um modelo simulador hidráulico previamente montado e calibrado. O conjunto de resultados avaliados pelo modelo de simulação hidráulica é analisado por um modelo de otimização proposto com solução de programação linear. As condições de operação em tempo real geram a necessidade de alimentação de informações operacionais automáticas a qualquer momento e com curto espaço de tempo – menor que horário. Para uma operação otimizada, previamente analisada por um modelo de simulação hidráulica cria uma condição critérios para uma previsão do consumo a ser atendido nas próximas horas. Um refinamento desses critérios são utilizados em um modelo de previsão de demanda de água que prevê e checa seus resultados de forma dinâmica. O modelo de operação proposto cria uma interface entre todos esses sistemas. Essa interface é testada e avaliada a partir de um estudo de caso aplicado no Sistema Adutor Metropolitano de São Paulo. A eficiência do modelo de operação proposto é apresentada tendo como resultado uma redução no custo de energia elétrica. / This assignment considers an operation model supported by decision support systems to operates the water supply systems in real time, considering the hydraulical conditions while achieving some performance goals, in this case, reducing electricity costs (minimization of pumping costs) the attempt of the hydraulic constraints are evaluated by an hydraulical simulator previously calibrated. The set of results are analyzed by an optimization model which uses a linear programming. The operation conditions in real time requires automatic feeding operational information shortly at any time (less than an hour) for an optimized operation, previously analyzed by a hydraulic simulation model with creates condition criteria of consumption within following hours. These criteria are refined according to a demand prediction model that dynamically previews and checks the consumption results. This proposed model creates an interface between all these systems. This interface is tested and evaluated according to a study of the São Paulo´s metropolitan area, “Sistema Alto Tietê". The efficiency of this proposed model is presented having reductions in the electric energy costs.

O presente trabalho propõe um modelo de operação sustentado por um sistema de suporte à decisão para operar a distribuição de água em tempo real atendendo a condições / restrições hidráulicas com o mínimo custo de energia elétrica. O atendimento às condições / restrições hidráulicas são avaliadas por um modelo simulador hidráulico previamente montado e calibrado. O conjunto de resultados avaliados pelo modelo de simulação hidráulica é analisado por um modelo de otimização proposto com solução de programação linear. As condições de operação em tempo real geram a necessidade de alimentação de informações operacionais automáticas a qualquer momento e com curto espaço de tempo – menor que horário. Para uma operação otimizada, previamente analisada por um modelo de simulação hidráulica cria uma condição critérios para uma previsão do consumo a ser atendido nas próximas horas. Um refinamento desses critérios são utilizados em um modelo de previsão de demanda de água que prevê e checa seus resultados de forma dinâmica. O modelo de operação proposto cria uma interface entre todos esses sistemas. Essa interface é testada e avaliada a partir de um estudo de caso aplicado no Sistema Adutor Metropolitano de São Paulo. A eficiência do modelo de operação proposto é apresentada tendo como resultado uma redução no custo de energia elétrica. / This assignment considers an operation model supported by decision support systems to operates the water supply systems in real time, considering the hydraulical conditions while achieving some performance goals, in this case, reducing electricity costs (minimization of pumping costs) the attempt of the hydraulic constraints are evaluated by an hydraulical simulator previously calibrated. The set of results are analyzed by an optimization model which uses a linear programming. The operation conditions in real time requires automatic feeding operational information shortly at any time (less than an hour) for an optimized operation, previously analyzed by a hydraulic simulation model with creates condition criteria of consumption within following hours. These criteria are refined according to a demand prediction model that dynamically previews and checks the consumption results. This proposed model creates an interface between all these systems. This interface is tested and evaluated according to a study of the São Paulo´s metropolitan area, “Sistema Alto Tietê”. The efficiency of this proposed model is presented having reductions in the electric energy costs.

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We introduce a cost-based optimizer that is able to select a good execution plan for processing such queries in distributed systems taking into account: the partitioning of data based on the spatial attributes of datasets; the intra-operator level of parallelism, which enables high scalability; and the economy of cluster resources by appropriately scheduling the queries before execution. We propose a cost model based on relevant metadata about the spatial datasets and the data distribution, which identifies the pattern of costs incurred when processing a query in this environment. We formalized the distributed multiway spatial join plan scheduling problem as a bi-objective linear integer model, considering the minimization of both the makespan and the communication cost as objectives. Three methods are proposed to compute schedules based on this model that significantly reduce the resource consumption required to process a query. Although targeting multiway spatial join query scheduling, these methods can be applied to other kinds of problems in distributed systems, notably problems that require both the alignment of data partitions and the assignment of jobs to machines. Additionally, we propose a method to control the usage of resources and increase system throughput in the presence of constraints on the network or processing capacity. The proposed cost-based optimizer was able to select good execution plans for all queries in our experiments, using public datasets with a significant range of sizes and complex spatial objects. We also present an execution engine that is capable of performing the queries with near-linear scalability with respect to execution time. / A multi-junção espacial é um tipo importante de consulta usada no processamento de dados espaciais e sua execução eficiente é um requisito para mover a análise de dados espaciais para plataformas escaláveis, assim como aconteceu com dados relacionais e não estruturados. Nesta tese, propomos um conjunto de modelos e métodos para executar eficientemente consultas de multi-junção espacial em sistemas distribuídos. Apresentamos um otimizador baseado em custos que seleciona um bom plano de execução levando em consideração: o particionamento de dados com base nos atributos espaciais dos datasets; o nível de paralelismo intra-operador que proporciona alta escalabilidade; e o escalonamento das consultas antes da execução que resulta em economia de recursos computacionais. Propomos um modelo de custo baseado em metadados dos datasets e da distribuição de dados, que identifica o padrão de custos incorridos no processamento de uma consulta neste ambiente. Formalizamos o problema de escalonamento de planos de execução da multi-junção espacial distribuída como um modelo linear inteiro bi-objetivo, que minimiza tanto o custo de processamento quanto o custo de comunicação. Propomos três métodos para gerar escalonamentos a partir deste modelo, os quais reduzem significativamente o consumo de recursos no processamento das consultas. Embora projetados para o escalonamento da multi-junção espacial, esses métodos podem também ser aplicados a outros tipos de problemas em sistemas distribuídos, que necessitam do alinhamento de partições de dados e da distribuição de tarefas a máquinas de forma balanceada. Além disso, propomos um método para controlar o uso de recursos e aumentar a vazão do sistema na presença de restrições nas capacidades da rede ou de processamento. O otimizador proposto foi capaz de selecionar bons planos de execução para todas as consultas em nossos experimentos, as quais usaram datasets públicos com uma variedade significativa de tamanhos e de objetos espaciais complexos. Apresentamos também uma máquina de execução, capaz de executar as consultas com escalabilidade próxima de linear em relação ao tempo de execução.