Hellenic National Archive of Doctoral Dissertations
Not a member yet
56257 research outputs found
Sort by
High-performance industrial materials from nanocellulose: molecular characterization, study of anisotropy and film/fiber morphology
No full textFuture research in the field of biodegradable packaging materials and bio-based plastics is expected to play a decisive role in sustainable development. Continuous optimization of their properties, such as mechanical strength, barrier performance, and biostatic activity, is essential to meet the demands of real food packaging applications. At the same time, the development of innovative techniques to reduce production costs is a critical step towards making biopolymers competitive to established synthetic packaging materials such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE). This direction is pivotal for the transition to a more sustainable and circular model of industrial production. This doctoral dissertation was carried out within the framework of the HIPERION project (High-Performance Industrial Materials from Nanocellulose, Τ2ΕDΚ-01394) and focuses on the development and evaluation of biodegradable polymeric systems reinforced with nanocelluloses for food packaging applications. The central objective was to study and optimize the properties of poly(vinyl alcohol) (PVA) and chitosan, as well as their nanocomposites with nanocellulose, in order to establish them as promising, environmentally friendly materials with reduced footprint and high performance. The first part examined the effects of thermal treatment (annealing) on the structure and properties of PVA membranes. The relationship between bound water distribution, crystallinity, and polymer network density was highlighted, and these parameters were correlated (as promising future research) with the mechanical and barrier properties of the membranes, in accordance with European food packaging regulations. The second part focused on the reinforcement of PVA through the incorporation of nanocelluloses of different morphologies (CNC, NLC). Results showed that homogeneous dispersion of nanocelluloses enhances molecular orientation, directly improving mechanical strength, reducing permeability to critical gases (O₂, CO₂, N₂), and limiting hydrophilicity, thus making the composites suitable for modified or controlled atmosphere packaging applications.The third part investigated chitosan-based systems, as well as ternary blends of chitosan/PVA with nanocelluloses. The miscibility and physicochemical interactions of the components were studied, while significant improvements in mechanical and barrier properties were recorded. Particular emphasis was given on the potential development of edible, biodegradable membranes suitable for zero-waste applications. Overall, this dissertation provides a comprehensive knowledge framework and technological approach for the development of advanced biopolymeric food packaging systems. The results highlight the critical role of nanocelluloses in optimizing functional properties and offer feasible solutions for production upscaling and industrial exploitation of low environmental footprint materials.Η έρευνα στον τομέα των βιοαποικοδομήσιμων υλικών συσκευασίας ή και των πλαστικών φυσικής προέλευσης παίζει ήδη καθοριστικό ρόλο στη βιώσιμη ανάπτυξη. Η συνεχής βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων τους, όπως η μηχανική αντοχή, η ικανότητα φραγής και η βιοστατική δράση, είναι απαραίτητη προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις εφαρμογών συσκευασίας τροφίμων. Παράλληλα, η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών που θα μειώνουν το κόστος παραγωγής αποτελεί κρίσιμο βήμα ώστε τα βιοπολυμερή και τα βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή να καταστούν ανταγωνιστικά σε σχέση με τα καθιερωμένα συνθετικά υλικά συσκευασίας, όπως το πολυπροπυλένιο (PP) και το πολυαιθυλένιο (PE). Η κατεύθυνση αυτή είναι καθοριστική για τη μετάβαση σε ένα πιο βιώσιμο και κυκλικό μοντέλο βιομηχανικής παραγωγής. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εκπονήθηκε στο πλαίσιο του έργου HIPERION (Βιομηχανικά Υλικά Υψηλής Απόδοσης από Νανοκυτταρίνη, Τ2ΕΔΚ-01394) και εστιάζει στην ανάπτυξη και αξιολόγηση βιοαποικοδομήσιμων πολυμερικών συστημάτων, ενισχυμένων με νανοκυτταρίνες, για εφαρμογές στη συσκευασία τροφίμων. Κεντρικός στόχος υπήρξε η μελέτη και βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων του πολύ(βινυλικού οξέως) (PVA) και της χιτοζάνης, καθώς και των νανοσυνθέτων τους με νανοκυτταρίνη, ώστε να αναδειχθούν ως υποσχόμενα υλικά φιλικά προς το περιβάλλον, με μειωμένο αποτύπωμα και υψηλή λειτουργικότητα. Στο πρώτο μέρος εξετάστηκε λεπτομερώς η επίδραση της θερμικής κατεργασίας (ανόπτηση) στη δομή και στις ιδιότητες μεμβρανών PVA. Αναδείχθηκε η σχέση μεταξύ της κατανομής δεσμευμένου νερού, του βαθμού κρυσταλλικότητας και της πυκνότητας του πολυμερικού δικτύου, και συσχετίστηκαν οι παράμετροι αυτές για μελλοντική έρευνα σε μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγής των μεμβρανών, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της ευρωπαϊκής νομοθεσίας για τις συσκευασίες τροφίμων. Το δεύτερο μέρος επικεντρώθηκε στην ενίσχυση της PVA μέσω της ενσωμάτωσης νανοκυτταρίνης διαφορετικών μορφολογιών (νανοκρυσταλλική κυτταρίνη CNC και νανολιγνοκυτταρίνη NLC). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ομοιόμορφη κατανομή των νανοκυτταρινών βελτιώνει τον μοριακό προσανατολισμό, με άμεσο αντίκτυπο στη μηχανική αντοχή, στη μείωση της διαπερατότητας σε κρίσιμα αέρια (O₂, CO₂, N₂) και στον περιορισμό της υδροφιλικότητας, καθιστώντας τα σύνθετα υλικά κατάλληλα για συσκευασίες τροποποιημένης ή ελεγχόμενης ατμόσφαιρας. Στο τρίτο μέρος μελετήθηκαν συστήματα χιτοζάνης, καθώς και τριαδικά μίγματα χιτοζάνης/PVA με νανοκυτταρίνες. Διερευνήθηκε η αναμιξιμότητα και οι φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις των συστατικών, ενώ καταγράφηκαν οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και ιδιότητες φραγής των συνθέτων υλικών. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη βιοστατική δράση της χιτοζάνης και στη δυνατότητα ανάπτυξης βιοδιασπώμενων μεμβρανών κατάλληλων για εφαρμογές ελαχιστοποιημένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος. Συνολικά, η διατριβή παρέχει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο γνώσης και τεχνολογικής προσέγγισης για την ανάπτυξη προηγμένων βιοπολυμερικών και βιοαποικοδομήσιμων συστημάτων συσκευασίας τροφίμων. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τον κρίσιμο ρόλο των νανοκυτταρινών στη βελτιστοποίηση λειτουργικών ιδιοτήτων και προσφέρουν εφικτές λύσεις για την κλιμάκωση παραγωγής και τη βιομηχανική αξιοποίηση υλικών μειωμένου περιβαλλοντικού αποτυπώματος
Enforcement of national court decisions against local authorities
No full textThe subject of the dissertation is to examine and analyse the current legal framework regarding the enforcement against local authorities (in Greece), tracing the degree of success of the efforts to harmonise, within a field of tension, between the constitutionally guaranteed right of legal protection of the creditor and the extended protection of their property, under the light of public interest. The economic autonomy of the local authorities nowadays arises as a consequence of successional legislative changes, while the contribution of the rules of international law to the addition of an explicit provision in the Constitution on the permissibility of enforcement against local authorities is also highlighted. At the same time, the de facto and de jure abolition of the previous prohibitive framework is analysed, as well as comparative elements of foreign laws, and the procedure, the enforceable titles and the restrictions placed on enforcement are emphasized. The dissertation, further, focuses on the nature of the enforcement, whether it is permitted or not and its scope, elevating the public interest as a criterion for distinguishing the property of local authorities, to public and private. Finally, the case-by-case classification of their property, based on the criterion of necessity, as being enforceable or not, in theory and case law, is accentuated.Αντικείμενο της διατριβής είναι η εξέταση και ανάλυση του ισχύοντος νομικού πλαισίου αναφορικά με την αναγκαστική εκτέλεση κατά των ο.τ.α., ανιχνεύοντας τον βαθμό επιτυχίας των προσπαθειών εναρμόνισης, μέσα σε ένα πεδίο έντασης, μεταξύ του συνταγματικά κατοχυρωμένου δικαιώματος της έννομης προστασίας του δανειστή και της διευρυμένης προστασίας της ιδιοκτησίας των ο.τ.α., υπό το φως του δημοσίου συμφέροντος. Παρουσιάζεται η οικονομική αυτοτέλεια των ο.τ.α. στη σημερινή της μορφή, ως απότοκος αλλεπάλληλων νομοθετικών μεταβολών, ενώ αναδεικνύεται η συμβολή των κανόνων του διεθνούς δικαίου στην προσθήκη ρητής διάταξης στο Σύνταγμα για το επιτρεπτό της αναγκαστικής εκτέλεσης σε βάρος τους. Παράλληλα, αναλύεται η de facto και η de jure κατάργηση του προϊσχύσαντος απαγορευτικού πλαισίου καθώς επίσης και συγκριτικά στοιχεία αλλοδαπών δικαίων, ενώ δίνεται έμφαση στην διαδικασία, τους εκτελεστούς τίτλους και τους περιορισμούς που τίθενται στην εκτέλεση. Η διατριβή επικεντρώνεται, επιπλέον, στην φύση της εκτέλεσης, το επιτρεπτό ή μη και την έκτασή της, ανάγοντας το δημόσιο συμφέρον σε κριτήριο διάκρισης της περιουσίας των ο.τ.α. σε ιδιωτική και δημόσια. Αναδεικνύεται, τέλος, η περιπτωσιολογική κατάταξή της περιουσίας τους από τη θεωρία και τη νομολογία, με βάση το κριτήριο της αναγκαιότητας, σε δεκτική εκτέλεσης ή μη
Reflection processes during teachers' interaction in online communication environments
No full textThis doctoral dissertation focuses on the study of reflective processes that unfold during the interaction of preservice teachers within online distance communication environments. Acknowledging the growing significance of socially and technologically mediated reflection in teacher education - along with the theoretical and empirical gaps in the field - we aim to conceptualize the social dimension of reflection in the context of online peer interaction.Guided by Lefebvre’s (1974/1991) “spatial triad,” the study examines the phenomenon through three dimensions: conceived space (theoretical conception), perceived space (observable practices), and lived space (subjective lived experience). Accordingly, the research questions address: (1) how the social dimension of reflection is conceptualized in the literature, (2) how it manifests in the students’ online participation and contributions, and (3) how it is experienced by the participants.To address the first question, a systematic review of 98 empirical studies was conducted. To explore the second and third question, a five-week online reflection program was designed for undergraduate students of the Department of Early Childhood Education at Aristotle University of Thessaloniki, during Spring 2020. Participation was voluntary, and data were analyzed using both qualitative and quantitative methods, such as descriptive statistics, learning analytics, latent class analysis, and thematic analysis.Findings from the review reveal multiple starting points for theorizing the social dimension of reflection: (a) the assumption that reflection is inherently social (social by nature), (b) the use of social interaction methods as an intentional pedagogical choice for effective reflection (social by choice), and (c) the evolving nature of reflection alongside increasingly social learning paradigms and technologies.The empirical study highlighted the role of online forums in supporting both cognitive and emotional aspects of reflection. Three distinct types of online reflective practices emerged - two associated with deeper reflection, and one with more superficial engagement - suggesting that different paths can lead to deep reflection. Interestingly, students often reported that a significant part of their reflective activity remained internal, implying that researchers' observations of online practices may not capture the whole reflective experience. Furthermore, analysis of students’ responses revealed reasons why reflection may remain a private process and emphasized the influence of individual needs and preferences in shaping their engagement with online communication.The dissertation discusses the theoretical, research, and pedagogical implications of these findings, with the aim of strengthening the theoretical grounding and enriching the reflective practices in teacher education.Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη των αναστοχαστικών διαδικασιών που αναπτύσσονται κατά την αλληλεπίδραση μελλοντικών εκπαιδευτικών σε διαδικτυακά περιβάλλοντα επικοινωνίας από απόσταση. Αναγνωρίζοντας τη σημασία του τεχνολογικά και κοινωνικά διαμεσολαβημένου αναστοχασμού στην αρχική εκπαίδευση των εκπαιδευτικών, αλλά και τα κενά που αναδύονται σε θεωρητικό και ερευνητικό επίπεδο, επιχειρούμε να εννοιολογήσουμε την κοινωνική διάσταση του αναστοχασμού μελλοντικών εκπαιδευτικών που αλληλεπιδρούν διαδικτυακά. Η διατριβή υιοθετεί το θεωρητικό πλαίσιο της «χωρικής τριάδας» του Lefebvre (1974/1991), σύμφωνα με το οποίο η μελέτη ενός φαινομένου απαιτεί την ανάλυσή του μέσα από τρεις διαστάσεις: τον νοητό χώρο (θεωρητική σύλληψη), τον αντιληπτό χώρο (παρατηρούμενες πρακτικές), και τον βιωμένο χώρο (υποκειμενική εμπειρία). Αντίστοιχα, τα ερευνητικά ερωτήματα οργανώνονται γύρω από αυτές τις τρεις διαστάσεις: (1) πώς εννοιολογείται η κοινωνική διάσταση του αναστοχασμού μέσα από τη βιβλιογραφία, (2) πώς εκδηλώνεται στην πράξη μέσα από τη συμμετοχή και το περιεχόμενο των συνεισφορών μελλοντικών εκπαιδευτικών σε διαδικτυακές συζητήσεις, και (3) πώς βιώνεται από τους ίδιους/ες. Για την απάντηση του 1ου ερευνητικού ερωτήματος διενεργήθηκε συστηματική επισκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας, κατά την οποία αναλύθηκαν 98 εμπειρικές έρευνες. Για την απάντηση του 2ου και του 3ου ερευνητικού ερωτήματος, σχεδιάστηκε ένα Πρόγραμμα Ανάπτυξης Αναστοχαστικών Δεξιοτήτων που απευθυνόταν σε προπτυχιακούς φοιτητές και φοιτήτριες του Τμήματος Επιστημών Προσχολικής Αγωγής και Εκπαίδευσης του Α.Π.Θ. Το πρόγραμμα υλοποιήθηκε διαδικτυακά το εαρινό εξάμηνο της ακαδημαϊκής χρονιάς 2019-2020, ήταν προαιρετικό, διήρκησε πέντε εβδομάδες, και συμμετείχαν σε αυτό 68 άτομα. Τα δεδομένα από το πρόγραμμα αναλύθηκαν με ποιοτικές και ποσοτικές μεθόδους όπως η περιγραφική στατιστική, η μαθησιακή αναλυτική, η ανάλυση λανθανουσών τάξεων και η θεματική ανάλυση. Τα αποτελέσματα της συστηματικής επισκόπησης υποδεικνύουν πολλαπλές αφετηρίες τεκμηρίωσης της κοινωνικής διάστασης του αναστοχασμού. Συγκεκριμένα, ως σημεία εκκίνησης αναδύθηκαν (α) η παραδοχή ότι ο αναστοχασμός είναι κοινωνικός από τη φύση του, (β) η επιλογή του κοινωνικά διαμεσολαβημένου αναστοχασμού ως διακριτή μεθοδολογία (κοινωνικός από επιλογή) και (γ) το χαρακτηριστικό του αναστοχασμού να συνεξελίσσεται με τα εκάστοτε εργαλεία και θεωρήσεις της μάθησης που αποκτούν ολοένα και πιο κοινωνικές προεκτάσεις. Από τις μελέτες που επιλέγουν ως σημείο εκκίνησης το χαρακτηριστικό αυτό του αναστοχασμού αναδύεται επίσης ότι η κοινωνική του διάσταση γίνεται πιο ορατή και αποκτά νέους τρόπους έκφρασης και μελέτης μέσα από την αξιοποίηση των κοινωνικών τεχνολογιών. Τα αποτελέσματα της εμπειρικής έρευνας στην οποία συμμετείχαν προπτυχιακοί φοιτητές/τριες, αναδεικνύουν το ρόλο των forum στην ενίσχυση γνωστικών και συναισθηματικών πτυχών του αναστοχασμού των φοιτητών/τριών. Αναδείχθηκαν, επίσης τρεις διακριτές τυπολογίες διαδικτυακών πρακτικών αναστοχασμού, δύο από τις οποίες συνδέθηκαν με βαθύτερο αναστοχασμό και μια με πιο επιφανειακό, υποδεικνύοντας ότι οι φοιτητές φτάνουν σε βαθύ αναστοχασμό με παραπάνω από έναν τρόπους. Ενδιαφέρον εύρημα της έρευνας αποτελούν και οι αναφορές των ίδιων των συμμετεχόντων, ότι ένα σημαντικό κομμάτι της εμπειρίας του αναστοχασμού τους παρέμεινε στο νου τους και δεν εξωτερικεύτηκε. Η παρατήρηση αυτή υποδηλώνει ότι οι παρατηρήσιμες διαδικτυακές πρακτικές μπορεί να μην αντανακλούν τη συνολική εμπειρία των ατόμων που εμπλέκονται στον αναστοχασμό. Τέλος, η ανάλυση των απαντήσεων των φοιτητών ανέδειξε λόγους για τους οποίους ο αναστοχασμός παραμένει ατομική υπόθεση καθώς επίσης και ότι ο τρόπος με τον οποίο βιώνουν και επωφελούνται από τη διαδικτυακή επικοινωνία κατά τον αναστοχασμό διαφέρει ανάλογα με τις προτιμήσεις και τις ανάγκες τους. Θεωρητικές, ερευνητικές και παιδαγωγικές προεκτάσεις των ευρημάτων συζητούνται στη διατριβή με στόχο να ενδυναμώσουν θεωρητικά και να εμπλουτίσουν τις πρακτικές που εφαρμόζονται στην εκπαίδευση των εκπαιδευτικών
Design and management of secure distributed data flow systems for use in industrial and other environments
No full textIn the modern digital era, the management and utilization of data are critical for optimizing operations and decision-making processes across industrial and other environments. This thesis focuses on the design and management of secure distributed data flows, emphasizing their applications in industrial contexts and their potential for critical sectors such as energy, supply chain management, and military operations. Initially, the study explores the principles and design frameworks for ensuring data security, utilizing encryption, access control mechanisms, and advanced authentication protocols, such as OAuth and OpenID standards. The contribution of blockchain technology and smart contracts is also highlighted, as they enhance security, reliability, and transparency in data flows. Furthermore, the thesis investigates the role of distributed technologies, underscoring their importance for process automation, energy efficiency, and secure cloud data storage. Special attention is given to blockchain applications in the military sector, where they significantly contribute to the management of supply chains and the secure communication and exchange of critical data. The research methodology is based on a systematic literature review and the design of frameworks that integrate modern technologies and security protocols. The results indicate that the adoption of distributed technology offers multiple advantages, including increased resilience in data systems, transparency in information flows, and reduced risk of security breaches. Finally, the thesis proposes an innovative framework for secure data storage and processing, leveraging Ethereum Blockchain technology and the RSA algorithm. In conclusion, this study demonstrates that secure distributed data flow systems are fundamental for the optimal utilization and integrity of data in demanding and critical environments.Στη σύγχρονη ψηφιακή εποχή, η διαχείριση και η αξιοποίηση των δεδομένων αποτελούν κρίσιμο ζήτημα για την αποδοτική λειτουργία και τη λήψη αποφάσεων σε βιομηχανικά και άλλα περιβάλλοντα. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στη σχεδίαση και διαχείριση ασφαλών κατανεμημένων ροών δεδομένων, με έμφαση στην αξιοποίησή τους σε βιομηχανικά πλαίσια, καθώς και στη δυνατότητα εφαρμογής τους σε κρίσιμους τομείς, όπως η ενέργεια, η αλυσίδα εφοδιασμού και οι στρατιωτικές επιχειρήσεις. Αρχικά, εξετάζονται οι αρχές και τα πλαίσια σχεδιασμού για τη διασφάλιση των δεδομένων, με τη χρήση κρυπτογράφησης, ελέγχου πρόσβασης και προηγμένων μηχανισμών αυθεντικοποίησης, όπως τα πρότυπα OAuth και OpenID. Παρουσιάζεται επίσης η συμβολή του blockchain και των έξυπνων συμβολαίων, τα οποία ενισχύουν την ασφάλεια, την αξιοπιστία και τη διαφάνεια στις ροές δεδομένων. Επιπλέον, η διατριβή εξετάζει τη χρήση των κατανεμημένων τεχνολογιών, αναδεικνύοντας τη σημασία τους για την αυτοματοποίηση διαδικασιών, την ενεργειακή αποδοτικότητα και την ασφαλή αποθήκευση δεδομένων στο cloud. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται σε εξειδικευμένες εφαρμογές της τεχνολογίας blockchain στον στρατιωτικό τομέα, όπου συμβάλλει στη διαχείριση εφοδιαστικών αλυσίδων και στην ενίσχυση των δυνατοτήτων ασφαλούς επικοινωνίας και ανταλλαγής δεδομένων. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε βασίζεται σε συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας και σε σχεδιασμό πλαισίων που συνδυάζουν σύγχρονες τεχνολογίες και πρωτόκολλα ασφάλειας. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η ενσωμάτωση της κατανεμημένης τεχνολογίας προσφέρει πολλαπλά πλεονεκτήματα, όπως αυξημένη ανθεκτικότητα στα συστήματα δεδομένων, διαφάνεια στις ροές πληροφοριών και μείωση του κινδύνου παραβιάσεων ασφαλείας. Τέλος, η διατριβή προτείνει ένα καινοτόμο framework ασφαλούς αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων, βασισμένο στην τεχνολογία Ethereum Blockchain και στον αλγόριθμο RSA. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη αποδεικνύει ότι τα ασφαλή κατανεμημένα συστήματα ροών δεδομένων αποτελούν το θεμέλιο για τη βέλτιστη αξιοποίηση των δεδομένων και τη διασφάλιση της ακεραιότητάς τους σε απαιτητικά και κρίσιμα περιβάλλοντα
Βελτιωμένες μέθοδοι επιστήμης δεδομένων για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο των επιχειρήσεων
No full textData Science (DS) serves as a fundamental pillar across all industries, with businesses relying more than ever on data-driven insights for decision-making. Various methodologies are applied to industry data, often with multiple variations, aiming to extract valuable insights that can be translated by the corresponding stakeholders into actionable decisions. However, technological advancements and research innovations necessitate the exploration of new methodologies to drive progress in DS, Data Mining (DM), and Machine Learning (ML) research applied to industry data. This thesis sets out to explore three main pillars and introduce methods designed to enhance DS and DM applications within business contexts. To investigate and demonstrate these methods, we applied them to real-world business data from diverse domains, specifically basketball data, financial stock data, and energy-related data. Our primary research questions are focused on exploring, introducing, and presenting advanced methods for applying DS and DM techniques to real-world business data, including strategies for data retrieval. This thesis introduces innovative ML modeling approaches, new business-oriented Key Performance Indicators (KPIs) for method evaluation, novel ML evaluation methods rooted in DS fundamentals, advanced techniques for anomaly detection, and the application of Association Rule Mining (ARM) to clean datasets. Additionally, we present a new innovative normalization method for time-series data. This thesis first addressed advancements in individual modeling for highly volatile sports data, examining how optimal results can be achieved relative to standard ML methodologies. This effort aims to benchmark the forecasting performance of 14 ML models based on 18 advanced basketball statistics and KPIs. Additionally, business-oriented target variables in basketball are forecasted, focusing on minimizing forecasting errors for volatile data. A new business-oriented evaluation metric called Weighted Average Percentage Error (WAPE) is introduced. Additionally, an ensemble of anomaly detection methods was applied, including the Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) algorithm. The Apriori algorithm for ARM is also implemented to identify associations among different types of data. Lastly, we introduced a novel normalization method for time-series data called Adaptive Sliding Window Normalization (ASWN). This method dynamically adjusts normalization window sizes, based on anomalies detected through multiple methods. For finalizing these anomalies, DBSCAN is employed, and the Akaike Information Criterion (AIC), in conjunction with AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA) models, are used to determine optimal window sizes in the absence of anomalies. By presenting all these advances in DS, spanning data processing, forecasting, and pattern and association recognition, this work aims to contribute to the fields of DS, DM, and ML as applied to real-world data and scenarios. All methods introduced are evaluated and discussed in terms of their applications, highlighting their contributions to the DS field, as well as their applicability in real-world business contexts. The primary focus remains on advancing techniques for extracting valuable insights from diverse types of raw data. Additionally, further research objectives are outlined to explore these methods and processes further, aiming to achieve optimal knowledge extraction and continued improvements in the field.Η Επιστήμη Δεδομένων (Data Science – DS) αποτελεί θεμελιώδη πυλώνα σε όλους τους βιομηχανικούς κλάδους, καθώς οι επιχειρήσεις βασίζονται σήμερα περισσότερο από ποτέ σε πληροφορίες που προκύπτουν από ανάλυση δεδομένων για τη λήψη αποφάσεων. Ποικίλες μεθοδολογίες εφαρμόζονται στα δεδομένα της βιομηχανίας, συχνά με πολλαπλές παραλλαγές, με στόχο την εξαγωγή πολύτιμων γνώσεων που μπορούν να μεταφραστούν από τα αντίστοιχα ενδιαφερόμενα μέρη σε εφαρμόσιμες επιχειρηματικές αποφάσεις. Ωστόσο, οι τεχνολογικές εξελίξεις και οι ερευνητικές καινοτομίες καθιστούν αναγκαία τη διερεύνηση νέων μεθοδολογιών, προκειμένου να ενισχυθεί η πρόοδος στην έρευνα γύρω από την Επιστήμη Δεδομένων (DS), την Εξόρυξη Δεδομένων (Data Mining – DM) και τη Μηχανική Μάθηση (Machine Learning – ML) με εφαρμογές σε πραγματικά επιχειρησιακά δεδομένα. Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στη διερεύνηση τριών βασικών πυλώνων και στην εισαγωγή μεθόδων που έχουν σχεδιαστεί ώστε να βελτιώσουν τις εφαρμογές της DS και της DM σε επιχειρηματικά περιβάλλοντα. Για την εξέταση και επίδειξη αυτών των μεθόδων, εφαρμόστηκαν σε πραγματικά επιχειρησιακά δεδομένα από διάφορους τομείς, συγκεκριμένα από δεδομένα καλαθοσφαίρισης, δεδομένα χρηματοοικονομικών μετοχών και δεδομένα που σχετίζονται με την ενέργεια. Τα κύρια ερευνητικά ερωτήματα της παρούσας εργασίας επικεντρώνονται στη διερεύνηση, εισαγωγή και παρουσίαση προηγμένων μεθόδων για την εφαρμογή τεχνικών DS και DM σε πραγματικά επιχειρησιακά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων στρατηγικών για την ανάκτηση δεδομένων. Η διατριβή εισάγει καινοτόμες προσεγγίσεις μοντελοποίησης ML, νέους επιχειρησιακά προσανατολισμένους Δείκτες Απόδοσης (Key Performance Indicators – KPIs) για την αξιολόγηση μεθόδων, νέες μεθόδους αξιολόγησης ML βασισμένες στα θεμελιώδη της DS, προηγμένες τεχνικές για τον εντοπισμό αποκλίσεων, καθώς και την εφαρμογή Εξόρυξης Κανόνων Συσχέτισης (Association Rule Mining – ARM) σε καθαρά σύνολα δεδομένων. Επιπλέον, παρουσιάζεται μια νέα, καινοτόμος μέθοδος κανονικοποίησης δεδομένων χρονοσειρών. Αρχικά, η διατριβή επικεντρώνεται σε βελτιώσεις στη μεμονωμένη μοντελοποίηση δεδομένων υψηλής μεταβλητότητας στον τομέα του αθλητισμού, διερευνώντας πώς μπορούν να επιτευχθούν βέλτιστα αποτελέσματα σε σύγκριση με τις τυπικές μεθοδολογίες ML. Η συγκεκριμένη μελέτη αποσκοπεί στη συγκριτική αξιολόγηση της ικανότητας πρόβλεψης 14 μοντέλων ML βάσει 18 προχωρημένων στατιστικών καλαθοσφαίρισης και KPIs. Επιπλέον, προβλέπονται επιχειρησιακά προσανατολισμένες μεταβλητές στόχου στο πλαίσιο της καλαθοσφαίρισης, με στόχο την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων πρόβλεψης για δεδομένα υψηλής μεταβλητότητας. Παρουσιάζεται επίσης ένας νέος δείκτης αξιολόγησης με επιχειρησιακό προσανατολισμό, ο Weighted Average Percentage Error (WAPE). Επιπρόσθετα, εφαρμόστηκε ένα σύνολο μεθόδων εντοπισμού αποκλίσεων, το οποίο περιλαμβάνει τον αλγόριθμο Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN). Ο αλγόριθμος Apriori για την Εξόρυξη Κανόνων Συσχέτισης (ARM) χρησιμοποιήθηκε επίσης για τον εντοπισμό συσχετίσεων μεταξύ διαφορετικών τύπων δεδομένων. Τέλος, εισάγεται μια νέα μέθοδος κανονικοποίησης δεδομένων χρονοσειρών, η Adaptive Sliding Window Normalization (ASWN). Η μέθοδος αυτή προσαρμόζει δυναμικά το μέγεθος του παραθύρου κανονικοποίησης, βασιζόμενη στις αποκλίσεις που εντοπίζονται μέσω πολλαπλών μεθόδων. Για την οριστικοποίηση των αποκλίσεων χρησιμοποιείται ο DBSCAN, ενώ το Κριτήριο Πληροφοριών του Akaike (AIC), σε συνδυασμό με τα μοντέλα AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA), αξιοποιείται για τον καθορισμό βέλτιστων μεγεθών παραθύρου όταν δεν υπάρχουν αποκλίσεις. Με την παρουσίαση όλων αυτών των προόδων στην Επιστήμη Δεδομένων, καλύπτοντας τη διαχείριση δεδομένων, την πρόβλεψη, καθώς και την αναγνώριση προτύπων και συσχετίσεων, η εργασία αυτή στοχεύει να συμβάλει στα πεδία της DS, DM και ML, όπως αυτά εφαρμόζονται σε πραγματικά δεδομένα και σενάρια. Όλες οι προτεινόμενες μέθοδοι αξιολογούνται και συζητούνται ως προς τις εφαρμογές τους, αναδεικνύοντας τη συμβολή τους στην Επιστήμη Δεδομένων, καθώς και τη χρησιμότητά τους σε πραγματικά επιχειρησιακά περιβάλλοντα. Ο κύριος στόχος παραμένει η εξέλιξη τεχνικών για την εξαγωγή πολύτιμων γνώσεων από ετερογενή ακατέργαστα δεδομένα. Επιπλέον, διατυπώνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα, με σκοπό την περαιτέρω διερεύνηση αυτών των μεθόδων και διαδικασιών, προς επίτευξη βέλτιστης εξαγωγής γνώσης και συνεχούς προόδου στον τομέα
Κίνηση, παραμόρφωση και αλληλεπίδραση εμβυθισμένων σωμάτων σε σύνθετα ρευστά
No full textThe dynamics of multiphase systems consisting of rigid or deformable particles suspended in complex fluids is central to both fundamental research and a wide range of applications, including biomedical, food, and consumer product industries. Multiphase systems such as air bubbles in sanitizer gels, oil droplets in food pastes, and cells traveling through blood exemplify this class of materials. Among the various categories of complex fluids, this thesis focuses mainly on yield stress materials. Their intriguing characteristic, differentiating them from other complex fluids, is that they behave as solids under low stress but flow as liquids after yielding, i.e., when a critical stress threshold is exceeded. Understanding the microscopic origin of this dual behavior remains a significant challenge and an active research topic, as it varies with the microstructure of the systems, whether it be colloidal suspensions, non-Brownian systems, or colloidal gels. However, macroscopic constitutive models can describe their rheology despite their microscopic differences. Motivated by recent experimental findings highlighting elastic phenomena in yield stress materials, either before or after yielding, this thesis adopts an elastoviscoplastic (EVP) constitutive model to describe the rheological behavior of such materials. This framework captures the combined viscous, elastic, and plastic characteristics of yield stress materials. With the EVP model providing a robust description of the continuous phase, the thesis proceeds to examine its implications for the dynamics of single and multiple inclusions under different flow conditions. In the first part of the thesis, we investigate single-object dynamics in three different settings. Initially, we examine the rise of a viscous drop in a polymeric fluid without yield stress, emphasizing the interplay between fluid elasticity and interfacial forces and the formation of trailing filaments observed in experiments. Secondly, we analyze the sedimentation of a drop in EVP materials, focusing on the conditions that lead to the entrapment of the object and how material parameters influence settling behavior. Thirdly, we explore the rising and migration of an air bubble through EVP fluids near walls employing fully 3D simulations, revealing how confinement, material properties, and initial shapes of the bubble affect its migration patterns. In the second part of the thesis, we address the interaction of multiple particles. We study the sedimentation of two coaxial viscous drops in EVP materials, capturing numerically the experimental trends and describing the mechanism of approach or separation of the pair. A parametric analysis leads to the discovery of master curves that link the relative velocity of the drops to their current distance. Furthermore, inspired by novel microfluidics techniques, we investigate the behavior of rigid and deformable particle pairs in pressure-driven microflows of viscoelastic and EVP materials. We identify a critical initial separation that indicates whether particles attract or repel, and we quantify the dependence of this threshold on the rheological parameters. The gained insights offer valuable guidance for the design of microfluidic technologies aimed at non-invasive particle manipulation and the controlled assembly of structures in soft-matter systems. Finally, moving beyond the constraints of axial symmetry, we present a 3D numerical analysis of two viscous drops sedimenting in elastoviscoplastic materials. This novel approach allows us to explore non-symmetric scenarios and shed light on the stability of the previously assumed axisymmetric configuration.Η δυναμική πολυφασικών συστημάτων που αποτελούνται από άκαμπτα ή παραμορφώσιμα σωματίδια που αιωρούνται σε πολύπλοκα ρευστά βρίσκεται στο επίκεντρο τόσο της βασικής έρευνας όσο και πλήθους εφαρμογών, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται εφαρμογές στην βιοϊατρική, στις βιομηχανίες τροφίμων και στα καταναλωτικά προϊόντα. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων αποτελούν οι φυσαλίδες αέρα σε απολυμαντικά τζελ, τα σταγονίδια ελαίου σε παχύρρευστα τρόφιμα και τα κύτταρα που μεταφέρονται μέσω του αίματος. Μεταξύ των διαφόρων κατηγοριών πολύπλοκων ρευστών, η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται κυρίως σε υλικά που εμφανίζουν τάση διαρροής (yield stress materials). Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των υλικών, που τα διαφοροποιεί από άλλα πολύπλοκα ρευστά, είναι η διττή τους συμπεριφορά: λειτουργούν ως στερεά υπό χαμηλή τάση, αλλά ρέουν ως υγρά όταν η εφαρμοζόμενη τάση υπερβεί ένα κρίσιμο όριο (yielding). Η κατανόηση της μικροσκοπικής προέλευσης αυτής της συμπεριφοράς παραμένει μια πρόκληση, καθώς εξαρτάται από τη μικροδομή του κάθε συστήματος — είτε πρόκειται για κολλοειδή εναιωρήματα, μη-Μπραούνια συστήματα ή κολλοειδή πήγματα. Παρ’ όλα αυτά, μακροσκοπικά ρεολογικά μοντέλα μπορούν να περιγράψουν τη συμπεριφορά αυτών των υλικών παρά τις μικροσκοπικές διαφορές τους. Εμπνευσμένη από πρόσφατα πειραματικά ευρήματα που αναδεικνύουν ελαστικά φαινόμενα σε υλικά με τάση διαρροής, είτε πριν είτε μετά την ρευστοποίηση (yielding), η παρούσα διατριβή υιοθετεί ένα ελαστοϊξωδοπλαστικό (elastoviscoplastic, EVP) συνεκτικό μοντέλο για την περιγραφή της ρεολογίας αυτών των υλικών. Το μοντέλο αυτό αποτυπώνει την ταυτόχρονη ύπαρξη ιξώδους, ελαστικής και πλαστικής συμπεριφοράς στα εν λόγω υλικά. Με το EVP μοντέλο να προσφέρει μια αξιόπιστη περιγραφή της συνεχούς φάσης, η διατριβή προχωρά στη μελέτη των συνεπειών του στη δυναμική μεμονωμένων και πολλαπλών εγκλεισμάτων υπό διάφορες συνθήκες ροής. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, μελετάται η δυναμική μεμονωμένων σωματιδίων σε τρία διαφορετικά σενάρια. Αρχικά, εξετάζεται η ανάδυση ιξώδους σταγόνας σε πολυμερές ρευστό χωρίς τάση διαρροής, με έμφαση στην αλληλεπίδραση μεταξύ της ελαστικότητας του ρευστού και των διεπιφανειακών δυνάμεων, καθώς και στον σχηματισμό ινιδίων που παρατηρείται πειραματικά. Στη συνέχεια, μελετάται η καθίζηση σταγόνας σε ελαστοϊξωδοπλαστικό ρευστό, με στόχο τον εντοπισμό των συνθηκών παγίδευσης της σταγόνας και τον ρόλο των ρεολογικών παραμέτρων στην καθοδική της κίνηση. Τρίτον, διερευνάται η ανάδυση και πλευρική μετατόπιση φυσαλίδας αέρα κοντά σε τοίχωμα, μέσω πλήρως τρισδιάστατων προσομοιώσεων, με στόχο την κατανόηση του πως ο εγκλεισμός, οι ιδιότητες του μέσου και το αρχικό σχήμα της φυσαλίδας επηρεάζουν την κίνησή της. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, μελετώνται αλληλεπιδράσεις μεταξύ πολλαπλών σωματιδίων. Εξετάζεται η καθίζηση δύο ομοαξονικών ιξωδών σταγόνων σε EVP υλικά, όπου καταγράφεται αριθμητικά η πειραματική συμπεριφορά και περιγράφεται ο μηχανισμός προσέγγισης ή απομάκρυνσης του ζεύγους. Μια παραμετρική ανάλυση αποκαλύπτει την ύπαρξη καθολικών καμπυλών που συνδέουν τη σχετική ταχύτητα των σταγόνων με την απόστασή τους, ανεξάρτητα από την αρχική τους απόσταση ή μέγεθος. Επιπλέον, με έμπνευση από σύγχρονες μικρορεολογικές τεχνικές, μελετάται η συμπεριφορά ζευγών άκαμπτων και παραμορφώσιμων σωματιδίων σε ροές προκαλούμενες από διαφορά πίεσης μέσα σε μικροδιαύλους γεμάτους με ιξωελαστικά ή ελαστοϊξωπλαστικά ρευστά. Καθορίζεται ένα κρίσιμο αρχικό διάκενο το οποίο προβλέπει αν τα σωματίδια θα έλκονται ή θα απωθούνται, ενώ ποσοτικοποιείται η εξάρτηση αυτού του ορίου από τις ρεολογικές παραμέτρους. Τα ευρήματα αυτά προσφέρουν πολύτιμη γνώση για τον σχεδιασμό μικρορευστομηχανικών διατάξεων με στόχο τον μη επεμβατικό χειρισμό σωματιδίων και τον ελεγχόμενο σχηματισμό δομών σε μαλακά υλικά. Τέλος, υπερβαίνοντας τους περιορισμούς της αξονικής συμμετρίας, παρουσιάζεται μια πλήρης τρισδιάστατη αριθμητική ανάλυση της καθίζησης δύο ιξωδών σταγόνων σε ελαστοϊξωδοπλαστικό υλικό. Η νέα αυτή προσέγγιση επιτρέπει τη διερεύνηση μη συμμετρικών σεναρίων και ρίχνει φως στη σταθερότητα της προηγουμένως θεωρούμενης αξονοσυμμετρικής διάταξης
Contribution to the study of electrostatic discharge generators
No full textThis thesis investigates technical challenges associated with immunity testing against electrostatic discharges, within the framework of the IEC 61000-4-2 Standard, with particular emphasis on the implications of its recent (2025) revision and the influence of the human operator. A central focus of the work is the analysis of the newly introduced requirement for monitoring the second portion of the discharge current waveform through the IP2 parameter, as defined in the third edition of the Standard. This change may render many existing generators non-compliant, leading to significant technical and economic implications for accredited laboratories. As a response, a practically feasible and technically substantiated solution is proposed, based on the use of clamp-on ferrites applied to the grounding cable, enabling the reshaping of the waveform without modifications to the internal structure of the electrostatic discharge generator. The thesis provides, for the first time, a comprehensive experimental assessment of the influence of the human operator on the discharge current waveform, analyzing deviations in critical parameters (such as IP2, I30, and I60) and spectral distortions that predominantly occur after the first peak. In parallel, it evaluates the ability to replicate this influence through clamp-on ferrites under various grounding cable arrangements. Variations in ferrite position and type are investigated, along with the robustness of the proposed methodology through a Monte Carlo sensitivity analysis. The next part of the thesis focuses on enhancing the reproducibility between automated and conventional electrostatic discharge testing setups, by evaluating the use of metallic robotic arms. The impact of grounding conditions, contact resistance, and ferrite placement on waveform characteristics is examined, aiming to emulate human presence and achieve measurement consistency. It is demonstrated that, with appropriate parameter tuning, the robotic setup can effectively replicate the operator’s influence. Moreover, the operator’s effect on indirect discharges to the horizontal and vertical coupling planes is studied under realistic test conditions, showing that it not only alters the current waveform but can also affect the immunity performance of the equipment under test. The partial mitigation of these effects is explored through technical countermeasures such as protective gloves and footwear. The overall contribution of the thesis lies in the development of a quantitatively substantiated and practically applicable framework for reliable and fully compliant automated electrostatic discharge immunity testing, aligned with the stringent requirements introduced in the third edition of the IEC 61000-4-2 Standard.Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται τεχνικές προκλήσεις, που σχετίζονται με τις δοκιμές ατρωσίας σε ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις, στο πλαίσιο εφαρμογής του Προτύπου IEC 61000-4-2, με ιδιαίτερη έμφαση στις συνέπειες της πρόσφατης (2025) αναθεώρησής του και στην επίδραση του ανθρώπινου παράγοντα. Κεντρικό άξονα της εργασίας αποτελεί η διερεύνηση της νέας απαίτησης για έλεγχο του δεύτερου σκέλους της κυματομορφής εκφόρτισης μέσω της παραμέτρου IP2, όπως εισάγεται στην τρίτη έκδοση του Προτύπου. Η αλλαγή αυτή ενδέχεται να καταστήσει μη συμμορφούμενες πολλές υφιστάμενες γεννήτριες, δημιουργώντας τεχνικές και οικονομικές προκλήσεις για τα διαπιστευμένα εργαστήρια. Ως απάντηση, προτείνεται μια πρακτικά εφαρμόσιμη και τεκμηριωμένη λύση, βασισμένη στη χρήση φερριτών αρπάγης στο καλώδιο γείωσης, η οποία τροποποιεί το σχήμα της κυματομορφής χωρίς επεμβάσεις στον σχεδιασμό της γεννήτριας. Η διατριβή εισφέρει για πρώτη φορά εκτενή πειραματική αξιολόγηση της επίδρασης του ανθρώπινου χειριστή στην κυματομορφή ρεύματος, αναλύοντας τις αποκλίσεις σε κρίσιμες παραμέτρους (όπως τις παραμέτρους IP2, I30, I60) και τη φασματική αλλοίωση που προκαλείται κυρίως μετά την πρώτη αιχμή. Παράλληλα, αναλύεται η δυνατότητα προσομοίωσης της ανθρώπινης επίδρασης με χρήση φερριτών αρπάγης, υπό διάφορες διατάξεις καλωδίου γείωσης. Εξετάζονται παραλλαγές στη θέση και τον τύπο φερρίτη, καθώς και η ευστάθεια της προτεινόμενης μεθοδολογίας μέσω Monte Carlo ανάλυσης ευαισθησίας. Το επόμενο σκέλος της διατριβής εστιάζει στη βελτίωση της αναπαραγωγιμότητας μεταξύ αυτοματοποιημένων και τυπικών δοκιμών ηλεκτροστατικής εκφόρτισης, μέσω αξιολόγησης μεταλλικών ρομποτικών βραχιόνων. Αναλύεται η επίδραση της γείωσης, της αντίστασης σύνδεσης και της ενσωμάτωσης φερρίτη αρπάγης στην κυματομορφή, ώστε να επιτευχθεί προσομοίωση της ανθρώπινης παρουσίας και σύγκλιση αποτελεσμάτων. Τεκμηριώνεται ότι με κατάλληλη ρύθμιση παραμέτρων, ο ρομποτικός βραχίονας μπορεί να προσεγγίσει ικανοποιητικά την επίδραση του χειριστή. Παράλληλα, εξετάζεται η επίδραση του χειριστή στις έμμεσες εκφορτίσεις προς το οριζόντιο και το κάθετο επίπεδο σύζευξης υπό πραγματικές συνθήκες δοκιμής, αποδεικνύοντας ότι όχι μόνο επηρεάζει την κυματομορφή αλλά επηρεάζει και την επίδοση του εξοπλισμού υπό δοκιμή. Η εφαρμογή τεχνικών μέτρων, όπως προστατευτικά γάντια και υποδήματα, οδηγεί σε μερική εξομάλυνση των επιδράσεων. Η συνολική συμβολή της διατριβής έγκειται στην παροχή ενός ποσοτικά τεκμηριωμένου και εφαρμόσιμου πλαισίου για αξιόπιστες και πλήρως συμμορφούμενες αυτοματοποιημένες δοκιμές ατρωσίας σε ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις, σύμφωνα με τις αυστηρές απαιτήσεις της τρίτης έκδοσης του Προτύπου IEC 61000-4-2
Ποιοτικές προβλέψεις με διαστρωματικά δεδομένα από την οινοποιία της Ελλάδας και ομαδοποίηση βιομηχανιών με δεδομένα εισροών-εκροών από την οικονομία των ΗΠΑ με χρήση μεθόδων μηχανικής μάθησης
No full textThis thesis applies a range of statistical and machine learning models—implemented in R—to analyze data from e-commerce and the wine industry, focusing on predicting product quality and price, and on clustering economic sectors. It examines online markets and auctions using functional regression, models wine quality with linear and logistic regression as well as neural networks, and compares advanced methods such as LASSO, Random Forest, LDA, CART, kNN, and SVM, with Random Forest achieving up to 95% prediction accuracy. Finally, principal component analysis of U.S. input-output tables (2002–2019) identifies key industries and structural shifts, offering insights for economic policy and industrial dynamics.Η παρούσα διατριβή εφαρμόζει μια σειρά από στατιστικά και μεθόδους μηχανικής μάθησης — υλοποιημένες στη γλώσσα R — για την ανάλυση δεδομένων από το ηλεκτρονικό εμπόριο και τη βιομηχανία οίνου, με στόχο την πρόβλεψη της ποιότητας και της τιμής των προϊόντων, καθώς και την ομαδοποίηση οικονομικών κλάδων. Εξετάζει τις διαδικτυακές αγορές και τις δημοπρασίες μέσω λειτουργικής παλινδρόμησης, μοντελοποιεί την ποιότητα του κρασιού με γραμμική και λογιστική παλινδρόμηση καθώς και με τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, και συγκρίνει προχωρημένες μεθόδους όπως οι LASSO, Random Forest, LDA, CART, kNN και SVM, με τη μέθοδο Random Forest να επιτυγχάνει έως και 95% ακρίβεια πρόβλεψης. Τέλος, η ανάλυση κύριων συνιστωσών σε πίνακες εισροών-εκροών των Η.Π.Α. (2002–2019) εντοπίζει βασικούς βιομηχανικούς κλάδους και διαρθρωτικές μεταβολές, προσφέροντας χρήσιμες πληροφορίες για την οικονομική πολιτική και τη δυναμική των βιομηχανιών
Ευφυής παρακολούθηση δομικής κατάστασης λιμενικών έργων ανωδομής με εφαρμογή μη καταστρεπτικών μη επανδρωμένων επιθεωρήσεων
No full textPorts serve as critical nodes in the global trade network, facilitating maritime connectivity, transportation, and economic growth while supporting the blue economy. As the digital era progresses, ports are increasingly driven to remain competitive across various domains, including infrastructure management and maintenance. Although intelligent technologies are being progressively integrated into numerous aspects of port operations, such as logistics, environmental monitoring, and security, their application in structural performance assessment remains limited. The structural health of port facilities, including berthing structures and rubble mound breakwaters, is vital to ensuring long-term operational functionality. These assets face persistent threats from climate change, natural hazards, marine exposure, and continuous operational loads, all of which accelerate deterioration and compromise structural integrity. Addressing these challenges necessitates transitioning toward digital modeling and advanced condition assessments supported by Structural Health Monitoring (SHM) applications. Enhancing traditional SHM practices with intelligent inspections and automated performance evaluation can assist ports in optimizing maintenance costs, improving risk mitigation strategies, and strengthening resilience planning. Intelligent SHM represents a data-driven evolution of conventional monitoring practices, incorporating sensors, advanced tools, and automation technologies, shifting from reactive maintenance to proactive asset management. This PhD thesis aims to establish a robust and scalable intelligent SHM roadmap for port waterfront infrastructure. The framework integrates Non-Destructive Testing (NDT) with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), computer vision, programming modules, and Geographic Information Systems (GIS) to create an efficient performance assessment methodology capable of addressing the complexities of multi-structure inspections and advancing damage detection automation. The PhD thesis initially contextualizes UAV strengths and limitations compared to conventional SHM methods, building a knowledge base for informed decision-making regarding UAV adoption in port infrastructure monitoring. Following this preliminary evaluation, the thesis investigates the effectiveness of UAV-based inspections in practice. The framework successfully demonstrated the simultaneous monitoring of both concrete pavements of berthing facilities and rubble mound structures, addressing a critical gap in current SHM practices. Periodic inspection campaigns were conducted at Lavrio Port, located on the northeastern tip of Attica, Greece. UAV-based photogrammetry generated geospatial metadata, which was analyzed using GIS tools. The results confirmed that this multi-structure inspection approach minimizes redundant field efforts and provides an informed visualization of the structural condition of port assets.The thesis further advanced the UAV-based SHM framework by incorporating computer vision techniques, programming workflows, and geospatial analytics. For port concrete pavements, specialized programming modules and GIS tools were integrated into a geospatial crack detection methodology. This process accounted for operational challenges, including surface disturbances, shadowing, and environmental variability, significantly improving the accuracy and reliability of condition assessments. Moreover, the UAV-based SHM framework introduced an automated performance assessment for rubble mound structures. UAV-derived photogrammetry datasets were processed using GIS and automated programming workflows to quantify changes in armor layer stability over time. This approach enabled quantified identification of damage evolution and supported the long-term monitoring of maintenance interventions. The structured SHM methodology was validated through an additional in-situ campaign, allowing the final formulation of the intelligent SHM roadmap. During this validation phase, additional challenges were confronted and addressed, demonstrating the framework’s capacity for adaptive improvements guided by engineering judgment. The roadmap’s validation confirmed its reliability, scalability, and adaptability, effectively meeting the demands of modern port infrastructure monitoring.Recognizing that intelligent SHM must bridge data collection with actionable insights, this thesis pioneered the development of structural condition-based vulnerability parameters. The intelligent SHM roadmap was implemented in real-time investigations, where SHM data were integrated into port vulnerability assessments. This novel pathway can enhance risk mitigation strategies and resilience planning, addressing a significant gap in existing port assessment methodologies, which often lack real-time structural monitoring inputs.Overall, the present PhD thesis demonstrates the potential of integrating UAV-driven inspections, geospatial analysis, and advanced automated defect detection into a structured framework tailored for port infrastructure monitoring. The proposed intelligent SHM roadmap offers practical insights and tools that can support ongoing efforts toward enhancing the efficiency and resilience of port maintenance strategies. Future advancements in data-driven structural monitoring can benefit from the overall investigation, paving the way for more automated infrastructure management approaches in complex maritime environments.Οι λιμένες αποτελούν κρίσιμους κόμβους με δυναμικό αντίκτυπο στο εμπόριο, τη θαλάσσια συνδεσιμότητα και τις μεταφορές, την εφοδιαστική αλυσίδα και τη γαλάζια οικονομία. Παρά τη ραγδαία τάση αξιοποίησης ευφυών τεχνολογιών σε διάφορους τομείς των λιμένων, η εφαρμογή τους σε θέματα που άπτονται τη δομική ακεραιότητα παραμένει περιορισμένη. Η αξιολόγηση της δομικής κατάστασης βασίζεται κατά κύριο λόγο σε παραδοσιακές τεχνικές επιθεώρησης, οι οποίες στερούνται δυνατοτήτων αυτοματοποίησης και δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Δεδομένου ότι οι λιμένες αποτελούν σύνθετα τεχνικά συστήματα με διάφορες αλληλένδετες υποδομές, η διασφάλιση της δομικής τους ακεραιότητας μέσω ευφυών προσεγγίσεων είναι ζωτικής σημασίας για τη βιώσιμη λειτουργία και τη μακροχρόνια αποδοτικότητά τους. Τα λιμενικά έργα ανωδομής, όπως οι αποβάθρες και τα κρηπιδώματα, καθώς επίσης και τα έργα θωράκισης, είναι τρωτά απέναντι στις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, σε φυσικές καταστροφές, στο θαλάσσιο διαβρωτικό περιβάλλον και σε ανθρωπογενείς παράγοντες. Η αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων μπορεί να επιτευχθεί μέσω της ψηφιακής αναπαράστασης των λιμενικών υποδομών μέσω πρακτικών Παρακολούθησης της Δομικής Κατάστασης (Structural Health Monitoring, SHM). Οι πρόσφατες τάσεις στο SHM στρέφονται προς την αξιοποίηση τεχνικών επιθεώρησης μη καταστροφικού ελέγχου (Non-Destructive Testing, NDT). Ο εκσυγχρονισμός των παραδοσιακών πρακτικών SHM με έξυπνες επιθεωρήσεις και αυτοματοποιημένη αξιολόγηση της υφιστάμενης κατάστασης μπορεί να βελτιστοποιήσει το κόστος συντήρησης, να τροφοδοτήσει στρατηγικές αντιμετώπισης κινδύνων και να συμβάλλει στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας. Η Ευφυής Παρακολούθηση της Δομικής Κατάστασης (Intelligent Structural Health Monitoring, iSHM) αντιπροσωπεύει την εξέλιξη των παραδοσιακών πρακτικών παρακολούθησης, μέσω ενσωμάτωσης αισθητήρων, προηγμένων εργαλείων και τεχνολογιών αυτοματοποίησης, με στόχο τη μετάβαση στην προληπτική διαχείριση υποδομών. Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η διαμόρφωση ενός δομημένου, εύχρηστου και λειτουργικού οδηγού για την Ευφυή Παρακολούθηση της Δομικής Κατάστασης των λιμενικών έργων ανωδομής μέσω της ενσωμάτωσης μη καταστροφικών ελέγχων (NDT) με Μη Επανδρωμένα Αεροσκάφη (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs), υπολογιστική όραση, προγραμματιστικές ροές και Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα (Geographic Information Systems, GIS).Αρχικά, διαμορφώθηκε ένα πλαίσιο των δυνατοτήτων και των περιορισμών χρήσης UAVs συγκριτικά με συμβατικές μεθόδους SHM, δημιουργώντας μια βάση για την τεκμηριωμένη αξιοποίησή τους σε επιθεωρήσεις λιμενικών υποδομών. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η πρακτική αποτελεσματικότητά τους ως προς τη δυνατότητα επιτυχούς ταυτόχρονης παρακολούθησης τόσο οδοστρωμάτων από σκυρόδεμα σε αποβάθρες όσο και έργων προστασίας με φυσικούς ογκόλιθους θωράκισης, καλύπτοντας ένα σημαντικό κενό των υφιστάμενων πρακτικών SHM. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν επαναλαμβανόμενες επιθεωρήσεις στον λιμένα του Λαυρίου, στην ανατολική Αττική. Μέσω της φωτογραμμετρίας παρήχθησαν γεωχωρικά μεταδεδομένα, τα οποία αναλύθηκαν με GIS εργαλεία. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν ότι αυτή η προσέγγιση μειώνει τις πλεονάζουσες επιτόπιες εργασίες και οδηγεί σε τεκμηριωμένη απεικόνιση της δομικής κατάστασης των λιμενικών υποδομών με χρήση πραγματικών δεδομένων.Την προκαταρτική καταγραφή της υφιστάμενης δομικής κατάστασης ακολούθησε η λεπτομερής αξιολόγηση με ενσωμάτωση τεχνικών υπολογιστικής όρασης, αυτοματοποιημένων ροών και γεωχωρικής ανάλυσης. Για τα οδοστρώματα από σκυρόδεμα, εφαρμόστηκε συνδυαστική μεθοδολογία ανίχνευσης ρωγμών, λαμβάνοντας υπόψη λειτουργικές προκλήσεις, όπως οι επιφανειακές αλλοιώσεις, η σκίαση και η μεταβλητότητα περιβάλλοντος, η οποία επιτρέπει τον γεωχωρικό εντοπισμό ρωγμών με ακρίβεια και αξιοπιστία. Επιπλέον, για τα έργα θωράκισης διαμορφώθηκε μία αυτοματοποιημένη μεθοδολογία εκτίμησης υψομετρικών χρονικών μεταβολών μέσω επεξεργασίας των φωτογραμμετρικών μεταδεδομένων σε GIS περιβάλλον, επιτρέποντας την ποσοτική αποτίμηση της αστάθειας των ογκόλιθων θωράκισης και τον εντοπισμό παρεμβάσεων συντήρησης. Η δομημένη μεθοδολογία Παρακολούθησης της Δομικής Κατάστασης επαληθεύτηκε μέσω μιας πρόσθετης επιτόπιας επιθεώρησης, που επέτρεψε τη διαμόρφωση του τελικού ευφυούς οδικού χάρτη. Κατά τη φάση αυτή αντιμετωπίστηκαν νέες προκλήσεις, όπως η χρήση διαφορετικού συστήματος UAV και η περαιτέρω επιδείνωση των υφιστάμενων υποδομών, οι οποίες ωστόσο αντιμετωπίστηκαν με ευφυή ενδιάμεσα βήματα. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη ότι η ευφυής Παρακολούθηση της Δομικής Κατάστασης θα πρέπει να καταλήγει στην παραγωγή χρήσιμης και αξιοποιήσιμης πληροφορίας, στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής προτάθηκαν νέες παράμετροι τρωτότητας των λιμένων οι οποίες βασίζονται στην πραγματική δομική κατάσταση. Ο ευφυής οδικός χάρτης εφαρμόστηκε σε πραγματικά σενάρια, ενσωματώνοντας τα δομικά δεδομένα σε εκτιμήσεις τρωτότητας λιμένων. Η νέα αυτή προσέγγιση ενισχύει τις στρατηγικές αντιμετώπισης κινδύνων και τον σχεδιασμό ανθεκτικών υποδομών, καλύπτοντας ένα σημαντικό κενό των υφιστάμενων μεθοδολογιών, οι οποίες συχνά αγνοούν την ανάγκη για συνεχή δομική παρακολούθηση. Συνολικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή αναδεικνύει την συνέργεια επιθεωρήσεων με χρήση UAVs, γεωχωρικής ανάλυσης και προηγμένης ανίχνευσης φθορών με στόχο την ανάπτυξη ενός δομημένου πλαισίου παρακολούθησης λιμενικών υποδομών. Ο προτεινόμενος οδικός χάρτης ευφυούς παρακολούθησης (iSHM) προσφέρει πρακτικά εργαλεία και γνώσεις που μπορούν να ενισχύσουν στρατηγικές σχετικές με την αποτελεσματική συντήρηση και ανθεκτική διαχείριση των λιμένων. Οι μελλοντικές εξελίξεις στη δομική παρακολούθηση η οποία θα βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα μπορούν να αξιοποιήσουν τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής, ανοίγοντας τον δρόμο για πιο αυτοματοποιημένες προσεγγίσεις σε σύνθετα θαλάσσια περιβάλλοντα
Spatiotemporal analysis of urban heat islands in Greece using remote sensing and Google Earth Engine platform: environmental and economic impacts
No full textThe phenomenon of the Urban Heat Island (UHI) constitutes a dynamic climatological process, intrinsically linked to the increased temperatures of both the air and the Earth’s surface. It has extensive impacts on energy consumption, quality of life, and the urban microclimate. Within the framework of the present research, the temporal evolution of UHI is examined across ten selected Regional Units of Greece, with the aim of capturing its spatial and temporal variations, as well as assessing the environmental and economic consequences derived from its intensity. The methodological approach was based on satellite-derived land surface temperature (LST) data for the quantification of the UHI and UTFVI indices, as well as on air temperature data for the calculation of Heating and Cooling Degree Days (HDD and CDD). Data processing was conducted on the Google Earth Engine (GEE) platform for the period 2019–2023. Furthermore, the Degree Days were correlated with UHI intensity in order to determine the heating and cooling requirements of residential buildings. The results revealed that the studied regions exhibit distinctive climatic and spatial characteristics that shape UHI intensity and influence energy consumption. Specifically, in several areas a negative energy cost was observed, as rising temperatures reduced heating requirements, while in others the balance was positive due to increased cooling demand. This dual outcome demonstrates that the impacts of UHI are not uniform but spatially differentiated, highlighting the necessity for targeted strategies to mitigate the phenomenon’s intensity according to the specific characteristics of each area.Το φαινόμενο της Αστικής Θερμικής Νησίδας (Urban Heat Island – UHI) αποτελεί δυναμικό κλιματολογικό φαινόμενο, άρρηκτα συνδεδεμένο με τις αυξημένες θερμοκρασίες τόσο του αέρα όσο και της γήινης επιφάνειας. Έχει εκτεταμένες επιπτώσεις στην ενεργειακή κατανάλωση, στην ποιότητα ζωής και στο αστικό μικροκλίμα. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας εξετάζεται η διαχρονική εξέλιξη της ΑΘΝ σε δέκα επιλεγμένες Περιφερειακές Ενότητες της Ελλάδας, με στόχο την αποτύπωση των χωρικών και χρονικών διαφοροποιήσεών της, καθώς και την εκτίμηση των περιβαλλοντικών και οικονομικών συνεπειών που απορρέουν από την έντασή της. Η μεθοδολογική προσέγγιση στηρίχθηκε σε δορυφορικά δεδομένα θερμοκρασίας γήινης επιφάνειας για την ποσοτικοποίηση των δεικτών UHI και UTFVI, καθώς και σε δεδομένα θερμοκρασίας αέρα για τον υπολογισμό των Θερμοκρασιακά Κατωφλιωμένων Ημερών (Heating και Cooling Degree Days). Η Επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στην πλατφόρμα γήινης ανάλυσης Google Earth Engine (GEE) για το χρονικό διάστημα 2019–2023. Επιπλέον, οι Θερμοκρασιακά Κατωφλιωμένες Ημέρες συσχετίστηκαν με την ένταση της ΑΘΝ, ώστε να προσδιοριστούν οι ανάγκες θέρμανσης και ψύξης των κατοικιών. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι στις υπό μελέτη χωρικές ενότητες παρουσιάζονται ιδιαίτερες κλιματικές και χωρικές ιδιαιτερότητες, οι οποίες διαμορφώνουν την ένταση της ΑΘΝ και επηρεάζουν την ενεργειακή κατανάλωση. Συγκεκριμένα, σε αρκετές περιοχές παρατηρήθηκε αρνητικό ενεργειακό κόστος, καθώς η άνοδος της θερμοκρασίας μείωσε τις ανάγκες θέρμανσης, ενώ σε άλλες το ισοζύγιο ήταν θετικό, εξαιτίας της αυξημένης κατανάλωσης για ψύξη. Η διττή αυτή εικόνα καταδεικνύει ότι οι επιπτώσεις της ΑΘΝ δεν είναι ενιαίες, αλλά διαφοροποιούνται χωρικά, γεγονός το οποίο αναδεικνύει την αναγκαιότητα διαμόρφωσης στοχευμένων στρατηγικών μείωσης της έντασης του φαινομένου, ανάλογα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε περιοχής