Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών (Δ. Δ.)https://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/20542024-03-28T15:03:13Z2024-03-28T15:03:13ZEvidence Transfer: A versatile deep representation learning method for information fusionΔαββέτας, Αθανάσιοςhttps://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/68432022-10-20T18:00:37Z2021-11-29T00:00:00ZEvidence Transfer: A versatile deep representation learning method for information fusion
Δαββέτας, Αθανάσιος
In the recent years, the collection of more and more data instances, has increasingly storing, managing and collecting of large-scale or diverse data, the research interest of the scientific community has shifted into the extraction of meaningful information from such collections. Deep learning lends itself particularly well to the process of extracting valuable information. Deep learning methods thrive with large-scale datasets. Due to their ability to learn alternative representations from raw observations, the abundance of data instances allows for generalised representations. In turn, generalised representations allow for effective learning of complex tasks. Despite valuable efforts in extraction of information from single data sources or data types, dealing with multiple diverse data sources remains an open question in the scientific community. Representation learning enables combination and juxtaposition of multiple diverse data sources in a meaningful, common and lower-dimensional space. However, typical learning frameworks for joint representation learning, face a plethora of challenges. Initially, architectural decisions of the involved neural networks is often a product of manual work or application specific decisions that rarely generalise to multiple domains or tasks. At the same time, directly tying data sources in the input layers of the neural network introduces an expectation of constant availability. However, expecting all data sources to be constantly available, is not realistic in real world applications. In addition, the involvment of redudant or non-complementary data sources may lead to detoriating performance. However, dealing with such sources requires manual effort. Such effort, is put into creating explicit assumptions or rules that will ensure stability, or to understand the intricate relations between data sources, in order to avoid non-complementary ones. This thesis includes the formulation and investigation of the hypothesis that external data evidence improves deep representation learning. The above investigation results in the proposal of a deep representation learning method, called Evidence Transfer (EviTraN). EviTraN is a versatile and automated fusion scheme based on deep representation learning, transfer learning and hybrid modelling between genervii ative and discriminative views. In addition, it leads to the proposal of a set of evaluation criteria for deep representation learning for the purposes of information fusion. Furthermore, this thesis includes a theoretical interpretation of the above method, based on comparison with the well-received Information Bottleneck method, that acts as a stepping stone towards explainable modelling and open science. The evaluation process of EviTraN also includes a realistic scenario of detecting severe weather in an unsupervised manner. Thus, demonstrating its impact and potential use in additional real-world applications. Experimental evaluation with artificially generated, as well as, realistic evidence sources suggest that EviTraN is a robust and effective method. In addition, it is versatile, as it allows the introduction of a variety of relations, including non-complementary ones. Furthermore, due to its learning process based on the transfer learning setting, it is a modular fusion scheme that does not require all data sources to be present during inference (only the primary data instances).
Δ.Δ. 19
2021-11-29T00:00:00ZAn Electronic Nose System for Urban Search and Rescue OperationsΑνυφαντής, Αντώνιοςhttps://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/68352022-10-13T18:00:47Z2021-06-28T00:00:00ZAn Electronic Nose System for Urban Search and Rescue Operations
Ανυφαντής, Αντώνιος
Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η επιτυχημένη δοκιμή ενός συστήματος ηλεκτρονικής μύτης, καθώς και όλη η έρευνα που χρειάστηκε για να προκύψει αυτή, και η οποία έχει ως σκοπό την ανίχνευση παγιδευμένων ανθρώπων καθώς και επικίνδυνων ατμοσφαιρικών καταστάσεων στα ερείπια κτηρίων σε περιπτώσεις επιχειρήσεων έρευνας και διάσωσης σε αστικά περιβάλλοντα. Εισαγωγικά παρουσιάζεται το πεδίο εφαρμογής στο οποίο προσπαθεί να δώσει λύσεις αυτή η εργασία, οι υπάρχουσες λύσεις και μέθοδοι με ή χωρίς αισθητήρες αερίων, καθώς επίσης αναλύεται το περιβάλλον από τη σκοπιά της ανίχνευσης. Παρουσιάζονται οι τεχνολογίες ανίχνευσης και οι δυνατότητές τους. Επίσης παρουσιάζονται οι τυπικές και αναμενόμενες ουσίες/αέρια που είναι δείκτες της ανθρώπινης παρουσίας και παράγεται μια εκτίμηση για την δυνατότητα ανίχνευσής τους με κάποιους δεδομένους περιορισμούς στους οποίους πρέπει να ακολουθεί η λύση ώστε αυτή να μπορεί να χρησιμοποιηθεί πρακτικά σε πραγματικές συνθήκες. Η έρευνα έγινε με σταδιακή εμβάθυνση στο πρόβλημα, αρχικά επιβεβαιώνοντας, πρώτα θεωρητικά και μετά εργαστηριακά, την βιωσιμότητα της προτεινόμενης προσέγγισης - τη χρήση αισθητήρων για τη μέτρηση συγκέντρωσης αερίων, θερμοκρασίας, υγρασίας και ατμοσφαιρικής πίεσης. Μετά την επιτυχημένη δοκιμή της ακολουθούμενης προσέγγισης, σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε επιτυχημένα σε κλειστούς χώρους με συνθήκες αρκετά κοντινές στις πραγματικές, ένα σύστημα ηλεκτρονικής μύτης που έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης της ανθρώπινης παρουσίας. Η μέθοδος της δοκιμής επιβεβαίωσε τη δυνατότητα ανίχνευσης ανθρώπινης παρουσίας με μέθοδο αναζήτησης από την επιφάνεια των ερειπίων. Δεδομένης αυτής της επιτυχίας, σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε σε σχεδόν πραγματικές συνθήκες νέο σύστημα ηλεκτρονικής μύτης το οποίο τοποθετήθηκε πάνω σε ρομποτική πλατφόρμα η οποία έχει τη δυνατότητα να κινείται μέσα στα ερείπια. Αυτή η ηλεκτρονική μύτη έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει ανθρώπινη παρουσία καθώς επίσης και διάφορες τυπικές επικίνδυνες ατμοσφαιρικές καταστάσεις μέσα στα ερείπια. Ταυτόχρονα, με την μείωση του όγκου της νέας και τελικής ηλεκτρονική μύτης και την αύξηση των δυνατοτήτων ανίχνευσης, βελτιώθηκε δραστικά η διεπαφή του χειριστή του συστήματος με την υλοποίηση και ενσωμάτωση λογικής που παράγει απλές εξόδους/ενδείξεις για τις ανιχνευόμενες καταστάσεις. Τέλος, μελετούνται άλλες περιπτώσεις χρήσης αυτής της ηλεκτρονικής μύτης καθώς και οι απαραίτητες προσαρμογές που θα χρειάζονταν για κάθε περίπτωση. Το κείμενο της διατριβής είναι στην Αγγλική γλώσσα.
Δ.Δ. 18
2021-06-28T00:00:00ZΗ Διδασκαλία του Αλγοριθμικού Προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση με Χρήση ΉχουΣκληρού, Θεοφανήςhttps://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/68342022-10-13T18:00:45Z2021-06-10T00:00:00ZΗ Διδασκαλία του Αλγοριθμικού Προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση με Χρήση Ήχου
Σκληρού, Θεοφανής
Στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, ενώ επιτυγχάνουμε τους στόχους του προγράμματος σπουδών, θεωρείται δύσκολο να διδάξουμε τον προγραμματισμό (αρκετές μελέτες παρουσιάζονται σ’ αυτήν την έρευνα). Ωστόσο, όταν η διδασκαλία υποστηρίζεται από κατάλληλες μεθοδολογίες, η μαθησιακή διαδικασία μπορεί να βελτιωθεί. Στο πλαίσιο αυτό, σε πρώτη φάση, στο Κεφάλαιο 1, που αποτελεί το εισαγωγικό κεφάλαιο, περιγράφεται ο ρόλος και ο σκοπός του αλγοριθμικού προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, καθώς και τα ερευνητικά ερωτήματα, ο σκοπός και η διάρθρωση της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μία συνοπτική αναδρομή στη σημερινή κατάσταση των εκπαιδευτικών εργαλείων. Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τις διαφορετικές προσεγγίσεις διδασκαλίας του προγραμματισμού στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση και εξετάζει στα Κεφάλαια 3, 4 και 5 το πιθανό όφελος των ηχητικών σημάτων ως συμπληρωματικό εργαλείο διδασκαλίας. Βασίζεται σε μεθοδολογία συμμετοχικής παρατήρησης, πειραματισμού, ποσοτικής, ποιοτικής ανάλυσης και αξιολόγησης. Επιπλέον, παρουσιάζονται η περιγραφή, η ανάλυση, η αξιολόγηση των προτεινόμενων διδακτικών σεναρίων και στο Κεφάλαιο 6 τα συμπεράσματα των μαθητών. Δημιουργήθηκαν ηχητικές ειδοποιήσεις με αντιστοίχιση διαφορετικών ερεθισμάτων ήχου σε συγκεκριμένες ενέργειες και λειτουργίες προγραμματισμού, όπως η επιτυχής ανάθεση του σωστού τύπου δεδομένων σε μια μεταβλητή. Τόσο η επιλογή των ηχητικών ερεθισμάτων, όσο και η χρήση των ηχητικών σημάτων στον προγραμματισμό, αξιολογήθηκαν μέσω υποκειμενικών μελετών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι συμμετέχοντες προτιμούν τους τεχνητούς ήχους σε σχέση με τους φυσικούς (προ-καταγεγραμμένους) για όλους τους τύπους προειδοποιήσεων. Διαπιστώθηκε, επίσης, ότι οι χρήστες προτιμούν τις προειδοποιήσεις ήχου που σχετίζονται με ενέργειες που πρόκειται να γίνουν, τα σφάλματα, την επιτυχή εκτέλεση κώδικα, έλεγχο συνθηκών και τις επαναληπτικές διαδικασίες, σηματοδοτώντας την εκτέλεση βήμα προς βήμα του κώδικα. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι οι μαθητές κατανοούν καλύτερα τις έννοιες και τη χρήση εντολών κώδικα όταν χρησιμοποιούν ένα περιβάλλον προγραμματισμού εμπλουτισμένο με ήχο, από ένα συμβατικό περιβάλλον.
Η διατριβή ολοκληρώνεται με την παρουσίαση της πιθανής μελλοντικής εξέλιξης και αξιοποίησης του προτεινόμενου μοντέλου στα μελλοντικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα διδασκαλίας στο Κεφάλαιο 7, καθώς και με την αξιολόγηση των σημαντικότερων αποτελεσμάτων της προσέγγισης. Αυτά τα αποτελέσματα είναι το κίνητρο για τη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων ηχητικών και φωνητικών μηνυμάτων και ενός νέου ολοκληρωμένου εκπαιδευτικού εργαλείου που χρησιμοποιεί τον ήχο, που θα αποτελέσει ένα νέο βοήθημα για τους εκπαιδευτικούς ώστε να μπορέσουν να διδάξουν αποτελεσματικότερα τον αλγοριθμικό προγραμματισμό στους μαθητές τους, να ενισχύσουν-βελτιώσουν τη διάδραση στην τάξη και να χρησιμεύσει στην περαιτέρω έρευνα για τα οφέλη του ήχου και την ψυχοακουστική αντίληψη των εφήβων.
Δ.Δ. 17
2021-06-10T00:00:00ZSTUDY OF EM WAVE PROPAGATION IN ELLIPTICAL CORE OPTICAL FIBERSΓεωργάντζος, Ευριπίδηςhttps://amitos.library.uop.gr/xmlui/handle/123456789/67282022-07-08T09:01:05Z2020-10-01T00:00:00ZSTUDY OF EM WAVE PROPAGATION IN ELLIPTICAL CORE OPTICAL FIBERS
Γεωργάντζος, Ευριπίδης
Η ελλειπτικές οπτικές ίνες αρχικά μελετήθηκαν στο πλαίσιο καθορισμού των επιπτώσεων μεταβολών στη γεωμετρία του πυρήνα της κυλινδρικής οπτικής ίνας που χρησιμοποιείται ως μέσω μεταφοράς πληροφορίας στις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες. Ωστόσο, χάρη στις ξεχωριστές τους ιδιότητες, οι ελλειπτικές ίνες σήμερα χρησιμοποιούνται σε μια πληθώρα εφαρμογών. Η διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε οπτικές ίνες με πυρήνα ελλειπτικής διατομής έχει συχνά αποτελέσει αντικείμενο μελέτης. Αναφορά σε κυματοδηγούς ελλειπτικής διατομής γενικά, είχε γίνει αρχικά σε μελέτη των ΗΜ κυμάτων μέσα σε ελλειπτικούς μεταλλικούς σωλήνες, σε έρευνα του L.J. Chu, όμως η πρώτη φορά που δώθηκε λύση στο πρόβλημα της διάδοσης ,ήταν από τους Lyubimov κ.α. Ειδικότερα η περίπτωση της ελλειπτικής οπτικής ίνας ερευνήθηκε αρχικά ως προβληματική περίπτωση παραμόρφωσης της κυλινδρικής ίνας από τους Dyott και Stern και από τον Schlosser. Οι έρευνες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η χρήση μεγαλύτερου βαθμού ελλειπτικότητας, σε συνδυασμό με αρκούντως ευρεία διαφορά των δεικτών διάθλασης, οδηγεί σε διαχωρισμό των σταθερών διάδοσης των βασικών τρόπων διάδοσης και επιτρέπει στις ίνες να διατηρούν την πόλωση για μεγαλύτερες αποστάσεις. Η ιδιότητα της πόλωσης αποτελεί σημαντικό στοιχείο για τα ιντερφερόμετρα. Οι ίνες που έχουν τη δυνατότητα να διατηρούν πόλωση χρησιμοποιούνταν εξ αρχής στα οπτικά ιντερφερόμετρα, όμως η μέθοδος που εφαρμόζονταν για το διαχωρισμό των οπτικών διαδρομών μέσα στην ίνα, βασιζόταν στην αποσύνδεση των δεικτών διάθλασης εφαρμόζοντας πίεση. Σε αντίθεση με την προαναφερθείσα μέθοδο, η χρήση ελλειπτικών ινών για το διαχωρισμό του θεμελιώδους τρόπου διάδοσης σε δυο ξεχωριστούς, ορθογώνια πολωμένους ρυθμούς έχει σημαντικά πλεονεκτήματα:
Οι ελλειπτικές ίνες παρουσιάζουν μικρότερη περιπλοκότητα στην κατασκευή
Με την αποφυγή εφαρμογής πίεσης, μειώνεται η επακόλουθη ευαισθησία της ίνας στην περαιτέρω πίεση και τη θερμοκρασία.
Οι υψηλότεροι ρυθμοί διάδοσης στις ελλειπτικές ίνες είναι πιο σταθεροί αζιμουθιακά σε σχέση με τις ίνες κυλινδρικής διατομής, διευκολύνοντας κατ αυτό τον τρόπο την κατασκευή αισθητήρων ίνας με περισσότερους ρυθμούς.
Χάρη στις ξεχωριστές τους ιδιότητες οι ελλειπτικές ίνες χρησιμοποιούνται σε ένα εύρος εφαρμογών που περιλαμβάνει αισθητήρες, ίνες ενισχυμένες με σπάνιες γαίες, ενισχυτές καθώς και στις τηλεπικοινωνίες ως μέσον εξουδετέρωσης της καθυστέρησης κυματοομάδας.
Μεταξύ των προσπαθειών που έχουν γίνει για την έρευνα των ελλειπτικών κυματοδηγών και τον καθορισμό των βασικών ιδιοτήτων της διάδοσης ΗΜ κύματος στο εσωτερικό τους, ξεχωρίζει η έρευνα του Yeh η οποία έθεσε τις μαθηματικές βάσεις για τη σχετική ανάλυση. Η ανάλυση του Yeh κάνει χρήση των εξισώσεων Mathieu και καταλήγει στον καθορισμό των βασικών εξισώσεων μετάδοσης και τον υπολογισμό της σταθεράς διάδοσης, λαμβάνοντας υπόψη κάποιες παραδοχές σχετικά με το εύρος της διαφοράς των δεικτών διάθλασης και το βαθμό ελλειπτικότητας του πυρήνα. Τόσο η μέθοδος με χρήση εξισώσεων Mathieu όσο και οι μεταγενέστερες μέθοδοι που βασίστηκαν σε αυτή, αναγκαστικά προϋποθέτουν την επίλυση μακροσκελών και περίπλοκων σειρών μαθηματικών σχέσεων. Επίσης οι λύσεις στις οποίες καταλήγουν, περιορίζονται σε συγκεκριμένες περιπτώσεις ελλειπτικής ίνας. Για παράδειγμα η ανάλυση του Yeh αφορά σε ίνα βαθμωτού δείκτη διάθλασης (step index), όπου μάλιστα η επένδυση γύρω από τον πυρήνα επεκτείνεται στο άπειρο.
Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διαμόρφωση μιας μεθόδου που θα στηρίζεται περισσότερο σε σύχρονα υπολογιστικά μέσα, χωρίς να υστερεί σε ακρίβεια σε σύγκριση με τις αναλυτικές μεθόδους, επεκτείνοντας παράλληλα το εύρος των περιπτώσεων για τις οποίες επιτυγχάνεται λύση.
Δ.Δ. 16
2020-10-01T00:00:00Z