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Aceleración de cálculos de estructura electrónica mediante el uso de Procesadores Gráficos Programables
No full textEn este trabajo se presenta una implementación de cálculo de estructura electrónica, basado en la Teoría de los Funcionales de la Densidad (DFT)[1], especialmente diseñada para ser ejecutada sobre un procesador gráfico (GPU). Como base de los desarrollos se utiliza un software existente, Molecole[2]. Siguiendo la literatura sobre el tema se implementan los algoritmos eficientes conocidos. Sin embargo, se introducen adaptaciones novedosas que tienen en cuenta tanto las características del hardware sobre el cual se trabaja, así como los tipos particulares de sistemas moleculares en los que se enfoca. El atractivo de este tipo de hardware es su gran poder de cómputo, producto de la arquitectura altamente paralelizada que implementa. En los cálculos en los cuales se puede aprovechar este paralelismo es posible obtener mejoras importantes en los tiempos de ejecución. Además de las mejoras en performance, se tiene en cuenta otro aspecto importante: la precisión numérica con la que se opera. Únicamente los procesadores gráficos más actuales y costosos soportan operaciones de precisión doble, y su rendimiento en comparación con las operaciones de precisión simple es aproximadamente diez veces menor[3]. Por estas razones y dado que la implementación original (Molecole) utiliza operaciones de punto flotante de precisión doble, también se analiza el impacto que tiene el uso de operaciones de precisión simple en el resultado final del cálculo. Con el software desarrollado se logra una implementación que está a la par del reconocido Gaussian ’03[4] en términos de calidad numérica, pero con una reducción en los tiempos de cómputo de hasta aproximadamente diez veces (10x) al comparar con una ejecución serial, y de hasta cuatro veces (4x), al comparar con una ejecución paralelizada en cuatro cores de CPU. Se realizan también comparaciones con el software original Molecole, SIESTA[5] y finalmente con una implementación para procesador convencional (CPU), análoga a la desarrollada en GPU. Por último, se espera que la experiencia lograda a través de la resolución de los diversos problemas encontrados al trabajar sobre este tipo de hardware sea generalizable a futuros proyectos. Es más, los resultados obtenidos no solo motivan a avanzar con el trabajo presentado, sino que también demuestran la utilidad de estos procesadores para acelerar tanto cálculos como los presentados así como posiblemente otros similares.This work presents an implementation of electronic structure calculations based on the Density Functionals Theory (DFT)[1], specifically designed to be executed on a graphics processor (GPU). As the basis of the developments an existing software is used: Molecole[2]. Following the literature on this subject, the known efficient algorithms are implemented. However, novel adaptations that take into account both the characteristics of the used hardware, and the particular types of molecular systems in which this work focuses, are introduced. The appeal of such hardware is its great computational power, which is a product of the highly parallelized architecture it implements. In calculations where this parallelism can be exploited, it is possible to obtain significant improvements in execution times. In addition to execution performance improvements, another important aspect is taken into account: the numerical accuracy. Only the latest and costly graphics processors support double-precision operations, and its performance compared to single-precision operations is approximately ten times lower[3]. For these reasons and because the original implementation (Molecole) uses double-precision floating point operations, the impact over the final result of single-precision operations is analyzed. With the software developed in this work an implementation which is at par with the known Gaussian ’03 [4] in terms of numerical quality, but with a reduction in computing time to about ten times (10x) is achieved, by comparing to a serial execution, and to four times (4x) by comparing to a parallelized execution over four CPU cores. Other comparisons are also made between the original software Molecole, SIESTA[5] and an implementation that targets conventional processors (CPU), but analogous to the one developed for GPU. Finally, it is to be expected that the experience gained through solving the various problems encountered when working on this type of hardware could be generalized to future projects. Moreover, the results not only motivate to advance with the present work, but also demonstrate the usefulness of these processors to speed up these type of calculations and possibly other similar.Fil: Nitsche, Matías Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Smartphones como unidad de sensado y procesamiento para la localización de Robots Móviles utilizando Odometría Visual Monocular
No full textLas aplicaciones relativas a robots autónomos móviles requieren la exploración del entorno, la construcción de mapas y la localización fiable del robot en el mismo. El problema de la localización del robot a partir de un mapa dado del ambiente, o a la inversa, el problema de la construcción de un mapa bajo el supuesto de que la posición y orientación del robot es conocida, han sido abordados y resueltos utilizando diferentes enfoques. El problema resulta más atractivo cuando no son conocidos ni la trayectoria del robot ni el mapa del ambiente. En este caso, la localización y la construcción del mapa deben ser consideradas simultáneamente. Este problema se conoce como SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). La utilización de un Filtro Extendido de Kalman es una de las soluciones más extendidas al problema de SLAM, lo que se conoce como EKF-SLAM. En este trabajo se presenta un sistema de localización basado en visión (odometría visual) para robots móviles en ambientes desconocidos que parte del método EKF-SLAM y utiliza smartphones como unidades de sensado y procesamiento. Este sistema tiene como sensor a la cámara del dispositivo móvil. A partir de la detección de marcas visuales en el ambiente, se construye un mapa que permite estimar la ubicación de la cámara y, por ende, del robot. El sistema desarrollado fue evaluado en distintos escenarios utilizando un smartphone de última generación montado en el robot móvil ExaBot. Los experimentos realizados fueron analizados teniendo en cuenta aspectos de precisión, rendimiento y robustez. Los resultados obtenidos en esta tesis muestran la validez del método propuesto, así como también de la implementación del sistema desarrollado.Applications concerning autonomous mobile robots require the environment exploration, map construction and reliable robot localization in it. The robot’s localization problem from a given environment map, or instead, the map construction problem under the assumption that the robot’s position and orientation is already known, had been addressed and resolved using different approaches. The problem is more attractive when both the environment map and robot’s trajectory are unknown. In this case, localization and map construction must be addressed simultaneously. This problem is known as SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Extended Kalman Filter is a widely used solution to this problem, which is known as EKF-SLAM. This thesis introduces a vision based localization system (visual odometry) for mobile robots in unknown environments that implements EKF-SLAM and uses smartphones as a sensing and processing unit. This system uses the mobile device’s camera as a sensor. It builds a natural landmark map from detected features that allows the camera’s (and thus robot’s) location estimation. The developed system was evaluated with different scenarios using a last generation smartphone mounted on the mobile robot named ExaBot. The experiments were analyzed in terms of precision, performance and robustness. The obtained results in this thesis validate the proposed method, as well as the developed system implementation.Fil: González, Emiliano. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.Fil: González, Sergio Ezequiel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Appearance-based teach and repeat navigation method for unmanned aerial vehicles
Get PDFEn esta tesis se presenta un método basado en la técnica de Aprendizaje y Repetición (teach & repeat o TnR) para la navegación autónoma de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANTs). Bajo esta técnica se distinguen dos fases: una de aprendizaje (teach) y otra de navegación autónoma (repeat). Durante la etapa de aprendizaje, el VANT es guiado manualmente a través del entorno, definiendo así un camino a repetir. Luego, el VANT puede ser ubicado en cualquier punto del camino (generalmente, al comienzo del mismo) e iniciar la etapa de navegación autónoma. En esta segunda fase el sistema opera a lazo cerrado controlando el VANT con el objetivo de repetir en forma precisa y robusta el camino previamente aprendido. Como principal sensado se utiliza un sistema de visión monocular, en conjunción con sensores que permitan estimar a corto plazo el desplazamiento del robot respecto del entorno, tales como sensores inerciales y de flujo óptico. El principal objetivo de este trabajo es el de proponer un método de navegación tipo T&R que pueda ser ejecutado en tiempo real y a bordo del mismo vehículo, sin depender de una estación terrena a la cual se delegue parte del procesamiento o de un sistema de localización externa (como por ejemplo GPS, en ambientes exteriores) o de captura de movimiento (como por ejemplo ViCon, en ambientes interiores). En otras palabras, se busca un sistema completamente autónomo. Para ello, se propone el uso de un enfoque basado en apariencias (o appearance-based, del inglés), que permite resolver el problema de la localización del vehículo respecto del mapa en forma cualitativa y que es computacionalmente eficiente, lo que permite su ejecución en hardware disponible a bordo del vehículo. La solución propuesta se diferencia del típico esquema de Localización y Mapeo Simultáneo (Simultaneous Localization and Mapping o SLAM) mediante el cual se estima la pose del robot (y la de los objetos del entorno) en forma absoluta con respecto a un sistema de coordenadas global. Bajo dicho esquema, como consecuencia, el error en la estimación de la pose se acumula en forma no acotada, limitando su utilización en el contexto de una navegación a largo plazo, a menos que se realicen correcciones globales en forma periódica (detección y cierre de ciclos). Esto impone el uso de técnicas computacionalmente costosas, lo cual dificulta su ejecución en tiempo real sobre hardware que pueda ser llevado a bordo de un robot aéreo. En contraste, bajo el enfoque propuesto en esta tesis, la localización se resuelve en forma relativa a un sistema de coordenadas local cercano al vehículo (es decir, una referencia sobre el camino) que es determinado mediante un esquema de filtro de partículas (Localización de Monte Carlo). Esto se logra comparando la apariencia del entorno entre la etapa de aprendizaje y la de navegación, mediante el empleo de características visuales salientes (image features) detectadas en dichas etapas. Finalmente, utilizando una ley de control simple, se logra guiar al robot sobre el camino, a partir de reducir la diferencia entre la posición aparente de los objetos del entorno entre ambas etapas, producto del desplazamiento y diferencias de orientacion del robot respecto del mismo. Como parte del desarrollo del trabajo de tesis, se presenta tanto la formulación y descripción del método como el diseño y construcción de una plataforma VANT, sobre la cual se realizaron los experimentos de navegación. Asimismo, se exhiben experimentos tanto con plataformas aéreas en entornos simulados como sobre plataformas terrestres, dado que el método es aplicable también a los mismos. Con los resultados obtenidos se demuestra la factibilidad y precisión de los métodos de localización y navegación propuestos, ejecutando en hardware a bordo de un robot aéreo en tiempo-real. Así, con esta tesis se presenta un aporte al estado del arte en lo que refiere a temas de navegación autónoma basada en visión, particularmente (pero no exclusivamente) para el caso de robots aéreos.This thesis presents a method based on the Teach & Repeat (TnR) technique for the autonomous navigation of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). With this technique, two phases can be distinguished: a learning phase (teach) and an autonomous navigation (repeat) phase. During the learning stage, the UAV is manually guided through the environment, thus defining a path to repeat. Then, the UAV can be positioned in any point of the path (usually at the beginning of it) and the autonomous navigation phase can be started. In this second phase the system operates in closed-loop controlling the UAV in order to accurately and robustly repeat the previously learned path. Monocular vision is used as the main sensing system in conjunction with other sensors used to obtained short-term estimates of the movement of the robot with respect to the environment, such as inertial and optical flow sensors. The main goal of this work is to propose a T&R navigation method that can be run in real-time and on-board the same vehicle, without relying on a ground control-station to which part of the processing is delegated or on external localization (for example GPS, in outdoor environments) or motion capture (such as VICON, for indoor settings) systems. In other words, a completely autonomous system is sought. To this end, an appearance-based approach is employed, which allows to solve the localization problem with respect to the map qualitatively and computationally efficient, which in turns allows its execution on hardware available on-board the vehicle. The proposed solution scheme differs from the typical Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) approach under which the pose of the robot (and the objects in the environment) are estimated in absolute terms with respect to a global coordinate system. Under SLAM, therefore, the error in the pose estimation accumulates in unbounded form, limiting its use in the context of long-term navigation unless global corrections are made periodically (loop detection and closure). This imposes the use of computationally expensive techniques, which hinders its execution in real time on hardware that can be carried on-board an aerial robot. In contrast, under the approach proposed in this thesis, the localization is solved relative to a local coordinate system near the vehicle (i.e. a reference over the path) which is determined by a particle-filter scheme (Monte Carlo Localization or MCL). This is accomplished by comparing the appearance of the environment between the learning and navigation stages through the use of salient visual features detected in said steps. Finally, using a simple control law, the robot is effectively guided over the path, by means of reducing the difference in the apparent position of objects in the environment between the two stages, caused by the vehicle’s displacement with respect to the path. As part of the development of the thesis, both the formulation and description of the method, and the design and construction of a UAV platform, on which navigation experiments were conducted, are presented. Moreover, experiments using aerial platforms in simulated environments and using terrestrial platforms are also presented, given that the proposed method is also applicable to the latter. With the obtained results the feasibility and precision of the proposed localization and navigation methods are demonstrated, while executing on-board an aerial robot and in real-time. Thus, this thesis represents a contribution to the state of the art when it comes to the problem of vision-based autonomous navigation, particularly (but not exclusively) for the case of aerial robots.Fil:Nitsche, Matías Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
No full textWe have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
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