Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-04-06T18:25:05Z No. of bitstreams: 1 Klaus_Thesis.pdf: 4909850 bytes, checksum: cd68a30c3bae22dc6ea75b6cb4dc6368 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-04-06T18:25:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Klaus_Thesis.pdf: 4909850 bytes, checksum: cd68a30c3bae22dc6ea75b6cb4dc6368 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-06T18:25:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Klaus_Thesis.pdf: 4909850 bytes, checksum: cd68a30c3bae22dc6ea75b6cb4dc6368 (MD5) Previous issue date: 2016-06-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Different graph generalizations have been recently used in an ad hoc manner to represent time-varying complex networks, i.e. networks in which vertices and edges may vary in time. Similar constructions have also been used to represent multilayer networks, i.e. systems formed by distinct interdependent layers where each layer can be seen as a complex network. In this thesis, we introduce the concept of MultiAspect Graph (MAG). We show that a MAG is isomorphic to a directed graph, which is an important theoretical result because this allows the use of the isomorphic directed graph as a tool to analyze both the properties of a MAG and the behavior of dynamic processes over a MAG. In our proposal, the set of vertices, layers, time instants, or any other independent feature of the system being modelled is considered as an aspect of the MAG. For instance, a MAG is able to represent multilayer or time-varying networks, while both concepts can also be combined to represent a multilayer time-varying network. Since the MAG structure admits an arbitrary (finite) number of aspects, it hence introduces a powerful modelling abstraction for networked complex systems. Further, we present algebraic representations and basic algorithms for MAGs, constructed from well-known graph algorithms, such as degree computing, Breadth First Search (BFS), and Depth First Search (DFS). These algorithms adapted to the MAG context can be used as primitives for building other more sophisticated MAG algorithms. Building upon the basic MAG concept, we also present derived applications, such as a MAG-based unifying model for time-varying graphs as well as MAG-based centrality notions. / Recentemente, várias generalizações de grafos têm sido propostas para tratar problemas específicos envolvendo redes complexas variantes no tempo e redes complexas multi-camadas. Essas representações são propostas de maneira adequada para resolver problemas específicos, mas não são adequadas para uso geral e muitas vezes são incompatíveis entre si. Nesta tese apresentamos o conceito de Grafo Multi-Aspectos (MAG), que é uma generalização de grafos capaz de representar redes variantes no tempo, redes multi-camadas e redes simultaneamente multi-camadas e variantes no tempo. Mostramos que todo MAG é isomorfo a um grafo direcionado, o que é um importante resultado teórico. Com base nesse resultado é possível utilizar o conhecimento previamente obtido em teoria de grafos para problemas envolvendo MAGs. Dessa maneira, torna-se possível criar representações algébricas para MAGs com características semelhantes às encontradas nas representações para grafos orientados. Além disso, pode-se construir algoritmos básicos para MAGs através da adaptação de algoritmos conhecidos para grafos. Esses algoritmos básicos podem servir como modelo para criação de outros algoritmos para MAGs, bem como serem utilizados como primitivas para construção de novos algoritmos. Utilizando essas primitivas, introduzimos o conceito de centralidades em MAGs, bem como construimos algoritmos apropriadas para calcular essas centralidades.

Uma representação retangular de um grafo plano G é uma representação de G, onde cada vértice é desenhado como um retângulo de modo que dois retângulos devem compartilhar algum segmento de seus lados se e somente se existe uma aresta em G entre os vértices correspondentes aos retângulos. Ainda, a representação de G deve formar um retângulo e não deve existir buracos, ou seja, toda região interna deve corresponder a algum vértice de G. Um desenho retangular de um grafo plano H é um desenho de H, onde todas as arestas são desenhadas como segmentos horizontais ou verticais. Ainda, todas as faces internas são retângulos e as arestas que incidem na face externa também formam um retângulo. Nesta dissertação, apresentamos os principais trabalhos existentes na literatura para problemas associados à representação retangular. Também apresentamos resultados para problemas associados ao desenho retangular. Por fim, apresentamos o algoritmo que desenvolvemos para determinar as coordenadas dos vértices de um desenho retangular quando a orientação das arestas já foram determinadas. / A rectangular representation of a plane graph G is a representation of G, where each vertex is drawn as a rectangle, such as two rectangles have to share some boundary if and only if exist an edge in G between the corresponding vertices. Also, the representation of G must form a rectangle and does not contain any holes, in other words, every point inside the formed rectangle must correspond to some vertex of G. A rectangular drawing of a plane graph H is a drawing of H, where all edges are drawn either in vertical or in horizontal. Also, every internal face is a rectangle and the edges which are incident in the external face define a rectangle. In this dissertation, we present the main studies in the literature for problems associated with the rectangular representation. We also present results for problems associated with rectangular drawing. Finally, we present the algorithm we developed to determine the coordinates of the vertices of a rectangular drawing when the orientation of the edges have been determined.

Esta pesquisa lidou com a unificação de grafos aplicada ao problema das redes haplotípicas. A partir da baixa confiabilidade encontrada nas redes geradas pelos algoritmos tradicionais, foi necessário introduzir uma nova proposição para melhorar o resultado obtido. Para esta avaliar o resultado obtido pelo novo algoritmo, desenvolveu-se um arcabouço teórico-formal possibilitando a generalização de soluções relativas a redes haplotípicas através de aplicação de funções parametrizáveis, facilmente representadas através de linguagens funcionais no estilo LISP. Para aplicação em problemas reais, desenvolveu-se estrutura de simulação e testes que constrói cadeias genéticas de maneira aleatória ou ainda parametrizável. Os testes gerados permitiram observar a melhoria esperada no algoritmo, especialmente para os casos de baixa mutação. O arcabouço de simulação e testes mostrou-se extremamente propício e de fácil utilização, o que o torna, em si mesmo, uma ferramenta a ser disponibilizada para a comunidade acadêmica da área de Biologia. / This research dealt with the unification of graphs applied to the problem of haplotype networks. From the low reliability found in networks generated by the traditional algorithms, it was necessary to introduce a new proposition to improve the outcome. For proper evaluation of the results obtained by the new algorithm, a formal-theoretical framework for generalization of haplotype networks related solutions, making use of parameterized functions easily represented through LISP-like functional languages. Seeking for real case application of the theory developed, a structure of simulation and testing were developed to build genetic code strings randomly or even parameterized. The generated tests have allowed to observe the expected improvement in the algorithm, especially for cases of low mutation. The framework for simulation and testing was extremely useful and easy to use, making itself a product to be distributed to the academic Biology community.

Orientadores: Gabriela Castellano, Romis Ribeiro de Faissol Attux / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-06T19:40:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 StefanoFilho_CarlosAlberto_M.pdf: 6581881 bytes, checksum: fb23f8cb938a72e69a97b2bf2ff14cab (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Interfaces cérebro-computador (BCIs, brain-computer interfaces) são sistemas cuja finalidade é fornecer um canal de comunicação direto entre o cérebro e um dispositivo externo, como um computador, uma prótese ou uma cadeira de rodas. Por não utilizarem as vias fisiológicas convencionais, BCIs podem constituir importantes tecnologias assistivas para pessoas que sofreram algum tipo de lesão e, por isso, tiveram sua interação com o ambiente externo comprometida. Os sinais cerebrais a serem extraídos para utilização nestes sistemas devem ser gerados mediante estratégias específicas. Nesta dissertação, trabalhamos com a estratégia de imaginação motora (MI, motor imagery), e extraímos a resposta cerebral correspondente a partir de dados de eletroencefalografia (EEG). Os objetivos do trabalho foram caracterizar as redes cerebrais funcionais oriundas das tarefas de MI das mãos e explorar a viabilidade de utilizar métricas da teoria de grafos para a classificação dos padrões mentais, gerados por esta estratégia, de usuários de um sistema BCI. Para isto, fez-se a hipótese de que as alterações no espectro de frequências dos sinais de eletroencefalografia devidas à MI das mãos deveria, de alguma forma, se refletir nos grafos construídos para representar as interações cerebrais corticais durante estas tarefas. Em termos de classificação, diferentes conjuntos de pares de eletrodos foram testados, assim como diferentes classificadores (análise de discriminantes lineares ¿ LDA, máquina de vetores de suporte ¿ SVM ¿ linear e polinomial). Os três classificadores testados tiveram desempenho similar na maioria dos casos. A taxa média de classificação para todos os voluntários considerando a melhor combinação de eletrodos e classificador foi de 78%, sendo que alguns voluntários tiveram taxas de acerto individuais de até 92%. Ainda assim, a metodologia empregada até o momento possui várias limitações, sendo a principal como encontrar os pares ótimos de eletrodos, que variam entre voluntários e aquisições; além do problema da realização online da análise / Abstract: Brain-computer interfaces (BCIs) are systems that aim to provide a direct communication channel between the brain and an external device, such as a computer, a prosthesis or a wheelchair. Since BCIs do not use the conventional physiological pathways, they can constitute important assistive technologies for people with lesions that compromised their interaction with the external environment. Brain signals to be extracted for these systems must be generated according to specific strategies. In this dissertation, we worked with the motor imagery (MI) strategy, and we extracted the corresponding cerebral response from electroencephalography (EEG) data. Our goals were to characterize the functional brain networks originating from hands¿ MI and investigate the feasibility of using metrics from graph theory for the classification of mental patterns, generated by this strategy, of BCI users. We hypothesized that frequency alterations in the EEG spectra due to MI should reflect themselves, in some manner, in the graphs representing cortical interactions during these tasks. For data classification, different sets of electrode pairs were tested, as well as different classifiers (linear discriminant analysis ¿ LDA, and both linear and polynomial support vector machines ¿ SVMs). All three classifiers tested performed similarly in most cases. The mean classification rate over subjects, considering the best electrode set and classifier, was 78%, while some subjects achieved individual hit rates of up to 92%. Still, the employed methodology has yet some limitations, being the main one how to find the optimum electrode pairs¿ sets, which vary among subjects and among acquisitions; in addition to the problem of performing an online analysis / Mestrado / Física / Mestre em Física / 165742/2014-3 / 1423625/2014 / CNPQ / CAPES

[pt] A área das telecomunicações tem presenciado consideráveis avanços tecnológicos dos dispositivos móveis (e. g. telefones inteligentes, relógios inteligentes, tablets, reprodutores de música, entre outros) e da sua crescente popularidade. Dado que esses equipamentos possuem uma série de sensores embutidos como o sistema de posicionamento global, câmera, microfone, bússola, acelerômetro entre outros, e ao mesmo tempo mantêm acesso contínuo às redes de comunicações, eles apresentam uma oportunidade para realizar sensoriamento em grande escala de possíveis eventos do mundo físico e compartilhar os dados obtidos através da internet. Este novo tipo de sensoriamento é conhecido como sensoriamento coletivo móvel ou MCS (Mobile crowd sensing) por sua sigla em inglês, e recentemente tem sido o foco de diversas pesquisas. O maior potencial do MCS é a opção de desenvolver um inúmero de funcionalidades a partir dos próprios recursos internos dos dispositivos móveis e aproveitar seu modelo de mobilidade, baseado no comportamento humano. Em contrapartida existem questões que devem ser consideradas na hora de desenvolver uma rede baseada em MCS. Neste trabalho, apresenta-se a análise realizada sobre os pontos críticos para a criação de uma rede MCS e a partir dos mesmos são apresentadas soluções que permitam criar uma implementação o mais próximo possível da realidade. Foi desenvolvido um modelo de mobilidade para a cidade de Rio de Janeiro baseado na teoria dos grafos, considerando que as atividades diárias das pessoas serão as que definam seu padrão de movimento. A cooptação de usuários é outro dos principais problemas que tem que ser abordado quando se pensa no sensoriamento coletivo móvel. Propõe-se dois modelos de incentivo que consideram e modelam como variáveis as motivações intrínsecas e extrínsecas dos usuários na decisão de participação em uma rede MCS. Consideram também distintos graus de motivação para cada usuário com a finalidade de demonstrar que a resposta dos participantes aos incentivos não é homogênea. O primeiro modelo baseia-se nas respostas consecutivas dos usuários e o segundo baseia-se na teoria de jogos. Em ambos, as decisões tomadas pelos usuários só consideram informações locais ou próprias. Os resultados obtidos permitiram comprovar que os modelos de incentivo propostos conseguem estimar satisfatoriamente o tipo de usuário com o qual está se interagindo e a quantidade de incentivo que deve ser oferecido a cada um deles, além de demonstrar as vantagens de um sistema de incentivo que considera pagamentos variáveis. Também foram analisadas as vantagens de considerar a mobilidade humana neste tipo de abordagem e como a mesma reflete nos modelos de incentivo. / [en] The world of telecommunications has witnessed the growing popularity of mobile devices and its huge technological advancements and innovations (e.g. smartphones, smartwatches, tablets, music players among others). These devices have a series of built-in sensors that measure motion, orientation, and various environmental conditions (e.g. Global Positioning System, camera, microphone, compass, accelerometer, among others). In addition, these devices have continuous network connectivity. So these devices can be seen as a huge opportunity to carry out large-scale sensing of events in the physical world and have the ability of sharing the data obtained through the internet. This new kind of sensor application is known as Mobile crowd sensing (MCS) and it has been a research focus lately. The greatest potential of MCS is found on the versatility that the embedded resources of the mobile devices offer in the development of innumerable functionalities and its mobility model that is based on human behavior. On the other hand, there are issues that must be considered when a MCS-based network is developed. This work presents the analysis performed in order to define issues that are considered critical for the creation and development of an MCS network. From these definitions solutions are proposed that allow to create an implementation as close as possible to reality. A mobility model was developed for the Rio de Janeiro city based on graph theory, and assuming that daily activities of the people will define their movement pattern. Attracting and convincing users is another problem that has to be addressed. Two user incentive models are proposed. Both consider and model the decision of a user to participate in an MCS network based on the intrinsic and extrinsic motivations of the user. The idea is to comprise different levels of motivation for each user in order to demonstrate that the response of the participants to the incentives is not homogeneous. Thus, the first model is based on the consecutive answers of the users and the second model is based on game theory. The results obtained allowed us to prove that the proposed incentive models can satisfactorily estimate the type of user with which we are interacting and the amount of incentive that should be offered to each one of them, besides demonstrating the advantages of an incentive system that considers variable payments. The advantages of considering human mobility in this type of approach and how it affects the incentive models was also analyzed.

Made available in DSpace on 2016-04-27T16:57:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jefferson Ricart Pezeta.pdf: 2838360 bytes, checksum: f176cbebd7975b05f20f73de1d10dc19 (MD5) Previous issue date: 2013-10-30 / Problem solving has been the subject of studies and research in order to define strategies to facilitate actions in its resolution. The graph theory is presented as a strategy that enables the modeling and solving problems, especially those that address issues related to economic paths, coloring, counting, among others, in the context of mathematics, providing a means for the student to structure and model the thinking and actions of resolution. This study is an investigation into the use of graphs as a theoretical basis in solving problems, students performed with the second and third year of high school Boni Consilii School, located in the city of São Paulo, in the district Champs Elysées. The thoughts and observations of the students are brought along the text, favoring analyzes that took into account the students' difficulties in solving problems and possibilities of Graphs in formalization and modeling strategies. In conjunction with Graph Theory, authors like Polya and Brousseau had representative participation in theoretical workshops and strategies applied in the preparation of the sequences that were prepared / A resolução de problemas tem sido objeto de estudos e pesquisas no sentido de definir estratégias que facilitem ações na sua resolução. A Teoria dos Grafos se apresenta como uma estratégia que possibilita a modelagem e resolução de problemas, principalmente os que abordam questões relativas a percursos econômicos, coloração, contagem, entre outros, no âmbito da matemática, proporcionando meios para que o aluno estruture e modele o pensamento e as ações de resolução. Este estudo trata de uma investigação sobre o uso de Grafos como base teórica na resolução de problemas, realizada com alunos do segundo e terceiro ano do ensino médio da Escola Boni Consilii, localizada na cidade de São Paulo, no bairro Campos Elíseos. As reflexões e observações dos alunos são trazidas ao longo do texto, favorecendo análises que levaram em conta as dificuldades dos alunos na resolução de problemas e as possibilidades de Grafos nas formalizações e modelagens de estratégias. Em conjunto com Teoria dos Grafos, autores como Polya e Brousseau tiveram representativa participação no embasamento teórico das oficinas e das estratégias aplicadas na elaboração das sequências que foram elaboradas

Uma imagem engloba informação que precisa ser organizada para interpretar e compreender seu conteúdo. Existem diversas técnicas computacionais para extrair a principal informação de uma imagem e podem ser divididas em três áreas: análise de cor, textura e forma. Uma das principais delas é a análise de forma, por descrever características de objetos baseadas em seus pontos fronteira. Propomos um método de caracterização de imagens, por meio da análise de forma, baseada nas propriedades espectrais do laplaciano em grafos. O procedimento construiu grafos G baseados nos pontos fronteira do objeto, cujas conexões entre vértices são determinadas por limiares T_l. A partir dos grafos obtêm-se a matriz de adjacência A e a matriz de graus D, as quais definem a matriz Laplaciana L=D -A. A decomposição espectral da matriz Laplaciana (autovalores) é investigada para descrever características das imagens. Duas abordagens são consideradas: a) Análise do vetor característico baseado em limiares e a histogramas, considera dois parâmetros o intervalo de classes IC_l e o limiar T_l; b) Análise do vetor característico baseado em vários limiares para autovalores fixos; os quais representam o segundo e último autovalor da matriz L. As técnicas foram testada em três coleções de imagens: sintéticas (Genéricas), parasitas intestinais (SADPI) e folhas de plantas (CNShape), cada uma destas com suas próprias características e desafios. Na avaliação dos resultados, empregamos o modelo de classificação support vector machine (SVM), o qual avalia nossas abordagens, determinando o índice de separação das categorias. A primeira abordagem obteve um acerto de 90 % com a coleção de imagens Genéricas, 88 % na coleção SADPI, e 72 % na coleção CNShape. Na segunda abordagem, obtém-se uma taxa de acerto de 97 % com a coleção de imagens Genéricas; 83 % para SADPI e 86 % no CNShape. Os resultados mostram que a classificação de imagens a partir do espectro do Laplaciano, consegue categorizá-las satisfatoriamente. / An image includes information that needs to be organized to interpret and understand its contents. There are several computational techniques to extract the main information of images and are divided into three areas: color, texture and shape analysis. One of the main of them is shape analysis, since it describes objects getting main features based on reference points, usually border points. This dissertation proposes a shape analysis method based on the spectral properties of the Laplacian in graphs to represent images. The procedure builds G graphs based on object border points, whose connections between vertices are determined by thresholds T_l. From graphs G we obtain the adjacency matrix A and matrix degrees D, which define the Laplacian matrix L=D -A. Thus, spectral decomposition of the Laplacian matrix (eigenvalues) is investigated to describe image features. Two approaches are considered: a)Analysis of feature vector based on thresholds and histograms, it considers two parameters, classes range IC_l and threshold T_l; b) Analysis of feature vector based on multiple linear for fixed eigenvalues, which represents the second and final eigenvalue matrix L. The techniques were tested in three image datasets: synthetic (Generic), human intestinal parasites (SADPI) and plant leaves (CNShape), each of these with its own features and challenges. Afterwards to evaluate our results, we used the classification model Support Vector Machine (SVM) to evaluate our approaches, determining the percentage of separation of categories. The first approach achieved 90 % of precision with the Generic image dataset, 88 % in SADPI dataset, and 72 % in CNShape dataset. In the second approach, it obtains 97 % of precision with the Generic image dataset, 83 % for SADPI and 86 % in CNShape respectively. The results show that the classification of images from the Laplacian spectrum can categorize them satisfactorily.

Esta pesquisa lidou com a unificação de grafos aplicada ao problema das redes haplotípicas. A partir da baixa confiabilidade encontrada nas redes geradas pelos algoritmos tradicionais, foi necessário introduzir uma nova proposição para melhorar o resultado obtido. Para esta avaliar o resultado obtido pelo novo algoritmo, desenvolveu-se um arcabouço teórico-formal possibilitando a generalização de soluções relativas a redes haplotípicas através de aplicação de funções parametrizáveis, facilmente representadas através de linguagens funcionais no estilo LISP. Para aplicação em problemas reais, desenvolveu-se estrutura de simulação e testes que constrói cadeias genéticas de maneira aleatória ou ainda parametrizável. Os testes gerados permitiram observar a melhoria esperada no algoritmo, especialmente para os casos de baixa mutação. O arcabouço de simulação e testes mostrou-se extremamente propício e de fácil utilização, o que o torna, em si mesmo, uma ferramenta a ser disponibilizada para a comunidade acadêmica da área de Biologia. / This research dealt with the unification of graphs applied to the problem of haplotype networks. From the low reliability found in networks generated by the traditional algorithms, it was necessary to introduce a new proposition to improve the outcome. For proper evaluation of the results obtained by the new algorithm, a formal-theoretical framework for generalization of haplotype networks related solutions, making use of parameterized functions easily represented through LISP-like functional languages. Seeking for real case application of the theory developed, a structure of simulation and testing were developed to build genetic code strings randomly or even parameterized. The generated tests have allowed to observe the expected improvement in the algorithm, especially for cases of low mutation. The framework for simulation and testing was extremely useful and easy to use, making itself a product to be distributed to the academic Biology community.

Os objetivos deste trabalho de mestrado consistem em determinar: (i) como modificar a arquitetura de referência de Internet das Coisas para identificar e priorizar as necessidades dos usuários em um determinado contexto; (ii) como transformar dados sociais subjetivos em uma medida objetiva de impacto social; (iii) como correlacionar informações sociais e dados digitais de forma a medir a satisfação dos usuários com os serviços de Internet das Coisas desenvolvidos; (iv) como validar o sistema total; e (v) se a arquitetura é reconfigurável e pode ser adotada e validada em diferentes casos de uso. O método de desenvolvimento começa de uma extensa investigação bibliográfica sobre projetos, arquiteturas e plataformas de Internet das Coisas desenvolvidas e em desenvolvimento, tecnologia social e teoria de grafos. É proposto um mapa conceitual que serve de base a todo o trabalho. A teoria de grafos fornece um conjunto de métricas que permite identificar as reais necessidades de usuários e comunidades e, então, especificar as aplicações e serviços de Internet das Coisas a serem desenvolvidos. ´E proposta uma função de fitness para avaliar a satisfação de requisitos de uma especificação. A validação do método é feita por meio de um estudo de caso. Para uma cidade hipotética são descritos os serviços educacionais, de saúde e de transporte disponíveis. É identificado o problema de oferecimento de serviços educacionais a comunidades distantes e a necessidade desses serviços se integrarem com as entidades culturais e de saúde. Com isso, ´e especificada a aplicação Aula Móvil. Essa aplicação é completamente descrita por meio dos modelos de domínio, de informação, funcional e de comunicação da arquitetura de referência IoT-A. Para o desenvolvimento do software, é feita uma descrição completa em UML: diagrama de classes e diagramas de sequência. Apesar de se ter adotado um estudo de caso simples, fica demonstrada a viabilidade de se integrar a avaliação de dados estatísticos sociais no ciclo de projeto de aplicações de Internet das Coisas. ´E mostrado também que as aplicações de Internet das Coisas geram impacto social a curto, médio e longo prazos. O método e arquitetura propostos neste trabalho são suficientemente genéricos para serem utilizados em outras aplicações relacionadas a uma cidade e também em outros domínios como os de M2M e da iniciativa Industry 4.0. / The objectives of this master thesis consist in determining: (i) how modify an IoT reference architecture to identify and prioritize end user\'s needs in a given context; (ii) how transform subjective social data in a objective measure of social impact; (iii) how correlate social data and digital data to measure the end users\' satisfaction with the developed IoT services; (iv) how validate the total system; and (v) if the architecture is reconfigurable and can be adopted and validated in di?erent use cases. The development method started with and extensive bibliographic research about IoT projects, architectures and platforms, already developed and under development, social technology and graphs theory. A conceptual map is proposed and is used as a basis for the entire work. The graphs theory provides a set of metrics that allow the identification of end users\' and communities\' needs and, then, to specify the IoT applications and services to be developed. A fitness function is proposed to evaluate the fulfillment of requirements of a specification. The whole method validation is made by means of a case study. To do so, the available educational, health and transport services of a hypothetical city are described. The problem of o?ering educational services to distant communities and the need to integrate such services to the cultural and health entities are identified. As a result, a Mobile Class application is specified. This application is completely described by the domain, informational, functional and communicational models of the IoT-A reference architecture. For the software development, a complete UML description is made: class diagrams and sequence diagrams. In spite of having adopted a simple case study, the feasibility of integrating the social statistical data evaluation in the design cycle of IoT applications is demonstrated. It is also shown that IoT applications generate social impact in the short, medium and large terms. The method and architecture proposed in this work are generic enough to be used in other applications related to a city as is other domains as M2M and from the Industry 4.0 Initiative.

Esta dissertação está inserida na área de configuração urbana, com foco em sistemas viários segregados por cidades. O objetivo desta pesquisa foi a exploração de dados viários urbanos disponíveis na Web e a extração de parâmetros com aplicabilidade em análises de morfologias de cidades. A intenção do trabalho foi corroborar a hipótese: A qualidade adquirida por dados de mapas colaborativos permite sua utilização em análises da morfologia urbana a nível local. Mapas colaborativos são plataformas online que agregam informações geográficas fornecidas pelos próprios usuários, de acordo com a experiência local. O Projeto OpenStreetMap foi utilizado como fonte de dados para avaliar o potencial e as limitações dos mapas colaborativos na representação das malhas viárias de municípios brasileiros. Os sistemas viários foram expressos em forma de grafos, em que as arestas representaram as ruas e os nós, as interseções entre ruas. Do ponto de vista da Engenharia de Transportes, o foco do uso da Teoria de Grafos em pesquisas de morfologias viárias está em questões como mensuração da acessibilidade, eficiência e resiliência da rede a falhas. As principais ferramentas computacionais utilizadas foram as bibliotecas OSMnx e Networkx, escritas em linguagem Python, com funções de construção e análises de redes. Para avaliar a viabilidade de utilização das ferramentas e da plataforma de dados propostos, foi realizada uma comparação com o estudo de Lima, Silva e van der Waerden (2003). Esse trabalho avaliou a compacidade e a acessibilidade global das malhas viárias de 11 cidades, com intuito de comparar exemplos brasileiros com estrangeiros. A reprodução do estudo de referência foi possível, com construção de redes com aumento médio de 47% de elementos, o que indicou expansão e maior detalhamento dos sistemas viários. Além disso, foi detectada uma diferença na comparação das cidades brasileiras com o panorama internacional. Marília e São Carlos apresentaram malhas mais próximas do padrão americano, junto com Piracicaba que já estava nesse grupo. Por outro lado, a malha viária de Presidente Prudente passou ao grupo de cidades mais próximas do padrão europeu. Em seguida, os materiais propostos neste trabalho foram utilizados para montar um banco de dados com mais de 300 cidades brasileiras de diferentes portes. Os parâmetros avaliados caracterizaram os municípios de acordo com a conectividade, acessibilidade e regularidade da malha viária. A grande variação destes aspectos ressaltou a diferença nas configurações ocasionadas pelos fatores influentes na formação de malhas viárias: processo histórico-social de crescimento urbano, limites geográficos e diferentes políticas de expansão. / This dissertation is inserted in the area of urban configuration, focusing on road systems segregated by cities. The objective of this research was the exploration of urban road data available on the Web and the extraction of parameters with applicability in analyzes of city morphologies. The intention of the work was to corroborate the hypothesis: The quality acquired by collaborative maps data allows its use in analyzes of the urban morphology at the local level. Collaborative maps are online platforms that aggregate geographic information provided by the users themselves, according to local experience. The OpenStreetMap Project was used as a data source to evaluate the potential and limitations of collaborative maps in the representation of road networks in Brazilian municipalities. The road systems were expressed in graph form, in which the edges represented the streets and nodes, the intersections between streets. From the point of view of Transport Engineering, the focus of the use of Graph Theory in research on road morphologies is on issues such as accessibility, efficiency and network resilience to failure measurement. The main computational tools used were the OSMnx and Networkx libraries, written in Python language, with built-in functions and network analysis. To evaluate the feasibility of using the proposed tools and data platform, a comparison was made with the study by Lima, Silva and van der Waerden (2003). This work evaluated the compactness and global accessibility of the road networks of 11 cities, in order to compare Brazilian examples with foreigners. The reproduction of the reference study was possible, with construction of networks with an average increase of 47% of elements, which indicated expansion and greater detailing of the road systems. In addition, a difference was detected in the comparison of Brazilian cities with the international panorama. Marília and São Carlos presented meshes closer to the American standard, along with Piracicaba who was already in that group. On the other hand, the road network of Presidente Prudente passed to the group of cities closest to the European standard. Then, the materials proposed in this work were used to build a database with more than 300 Brazilian cities of different sizes. The evaluated parameters characterized the municipalities according to the connectivity, accessibility and regularity of the road network. The great variation of these aspects highlighted the difference in the configurations caused by influencing factors in the formation of road networks: historical-social process of urban growth, geographical limits and different expansion policies