ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Κωνσταντίνου Γανωτή

με θέμα

Πρόβλεψη Φωτοβολταϊκής Παραγωγής και Βελτιστοποίηση Διαχείρισης Ενέργειας σε Συστήματα με Αποθήκευση

Forecasting Photovoltaic Power Generation and Optimizing Energy Management in Systems with Energy Storage

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Βασίλειος Διγαλάκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης 

Περίληψη

Η αυξανόμενη διείσδυση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και ιδιαίτερα των φωτοβολταϊκών συστημάτων δημιουργεί νέες απαιτήσεις για την αποτελεσματική διαχείριση της παραγόμενης ενέργειας, λόγω της μεταβλητότητας της φωτοβολταϊκής παραγωγής και της χρονικής ασυμφωνίας μεταξύ παραγωγής και ζήτησης. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσει ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο πρόβλεψης φωτοβολταϊκής παραγωγής και βελτιστοποιημένης ενεργειακής διαχείρισης για ένα υποθετικό σενάριο εμπορικής εγκατάστασης τύπου σούπερ μάρκετ, η οποία διαθέτει φωτοβολταϊκό σύστημα, σύστημα αποθήκευσης ενέργειας και σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο.
Για τη φωτοβολταϊκή παραγωγή χρησιμοποιούνται ωριαίες χρονοσειρές από το PVGIS. Η καταλληλότητά τους εξετάζεται μέσω σύγκρισης με δεδομένα πραγματικής λειτουργούσας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης για την περίοδο 2018–2020, με στόχο τον έλεγχο της εποχικότητας και της γενικής μορφής του προφίλ παραγωγής.
Για τη βραχυχρόνια πρόβλεψη συγκρίνονται δύο μοντέλα: η Γραμμική Παλινδρόμηση και ένα μοντέλο Long Short-Term Memory (LSTM). Και τα δύο μοντέλα χρησιμοποιούν ιστορικό παράθυρο 168 ωρών και κοινό χρονολογικό διαχωρισμό σε σύνολα εκπαίδευσης και ελέγχου. Στην πρόβλεψη ενός βήματος τα δύο μοντέλα παρουσιάζουν παρόμοια επίδοση. Στην αναδρομική πρόβλεψη 12 ωρών, όμως, η Γραμμική Παλινδρόμηση εμφανίζει μικρότερο MAE, ίσο με 27,63 kW έναντι 29,69 kW, μικρότερο RMSE, ίσο με 53,77 kW έναντι 54,93 kW, και μεγαλύτερο R², ίσο με 0,8218 έναντι 0,8139. Σε συνδυασμό με τον σημαντικά μικρότερο χρόνο εκπαίδευσης, η Γραμμική Παλινδρόμηση επιλέγεται για την τροφοδότηση της διαδικασίας ενεργειακής διαχείρισης.
Το πρόβλημα ενεργειακής διαχείρισης διατυπώνεται ως πρόβλημα διαδοχικών αποφάσεων και επιλύεται με Δυναμικό Προγραμματισμό. Ως βασική μεταβλητή κατάστασης χρησιμοποιείται η κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, ενώ λαμβάνονται υπόψη τα όρια φόρτισης και εκφόρτισης, οι αποδόσεις μετατροπής, η πλήρης κάλυψη του φορτίου και ο επιχειρησιακός κύκλος λήψης αποφάσεων. Η πραγματική κατάσταση φόρτισης διατηρείται συνεχής, ενώ το διακριτό πλέγμα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της συνάρτησης αξίας με γραμμική παρεμβολή στις ενδιάμεσες καταστάσεις.
Η τελική αξιολόγηση πραγματοποιείται σε ενιαίο εβδομαδιαίο χρονικό ορίζοντα 168 ωρών μέσω 14 διαδοχικών κύκλων κυλιόμενου ορίζοντα. Σε κάθε κύκλο παράγεται αναδρομική πρόβλεψη διάρκειας 36 ωρών. Οι πρώτες 12 ώρες αντιστοιχούν στην καθυστέρηση εφαρμογής και οι επόμενες 24 ώρες στον ορίζοντα βελτιστοποίησης. Από το πρόγραμμα που υπολογίζεται εφαρμόζονται οι πρώτες 12 αποφάσεις και στη συνέχεια η διαδικασία επαναλαμβάνεται με ενημερωμένη κατάσταση φόρτισης.
Η στρατηγική Δυναμικού Προγραμματισμού παρουσιάζει καθαρό εβδομαδιαίο κόστος 1.312,52 €, έναντι 4.993,69 € για τη στρατηγική χωρίς μπαταρία και 4.722,78 € για τη στρατηγική Fill Battery First. Συνεπώς, επιτυγχάνεται μείωση κόστους κατά περίπου 73,7% σε σχέση με τη λειτουργία χωρίς μπαταρία και κατά 72,2% σε σχέση με την απλή στρατηγική φόρτισης κατά προτεραιότητα. Η τελική κατάσταση φόρτισης της στρατηγικής Δυναμικού Προγραμματισμού είναι 2.534,57 kWh, δηλαδή παραμένει πολύ κοντά στην αρχική τιμή των 2.500 kWh.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο συνδυασμός πρόβλεψης, αποθήκευσης και βελτιστοποίησης μπορεί να περιορίσει σημαντικά το λειτουργικό ενεργειακό κόστος. Ωστόσο, το μέγεθος του οικονομικού οφέλους εξαρτάται από τις τιμές αγοράς και πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και από τις επιτρεπόμενες ενεργειακές ροές μεταξύ του δικτύου και της μπαταρίας. Επομένως, τα αριθμητικά αποτελέσματα αφορούν το συγκεκριμένο εξεταζόμενο σενάριο και δεν αποτελούν γενικεύσιμη εκτίμηση για κάθε πραγματική εγκατάσταση.
Λέξεις-κλειδιά: Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, φωτοβολταϊκή παραγωγή, πρόβλεψη χρονοσειρών, Γραμμική Παλινδρόμηση, LSTM, PVGIS, αποθήκευση ενέργειας, Δυναμικός Προγραμματισμός, ενεργειακή διαχείριση.

Abstract 

The increasing penetration of Renewable Energy Sources, particularly photovoltaic systems, creates new requirements for the effective management of generated energy due to the variability of photovoltaic production and the temporal mismatch between generation and demand. This thesis develops an integrated framework for photovoltaic power forecasting and optimized energy management for a hypothetical commercial facility represented by a supermarket equipped with a photovoltaic system, battery energy storage, and a connection to the electrical grid.
Hourly photovoltaic generation time series obtained from the Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) are used as the main data source. Their suitability is examined through comparison with operational data from an actual photovoltaic installation for the period 2018–2020, focusing on the seasonal behavior and the general shape of the production profile.
Two forecasting models are compared: Linear Regression and a Long Short-Term Memory (LSTM) model. Both models use a 168-hour historical input window and the same chronological training and test split. For one-step-ahead forecasting, the two models achieve similar performance. However, for the recursive 12-hour forecasting horizon, Linear Regression achieves a lower MAE of 27.63 kW compared with 29.69 kW, a lower RMSE of 53.77 kW compared with 54.93 kW, and a higher R² value of 0.8218 compared with 0.8139. Combined with its significantly lower training time, Linear Regression is selected as the forecasting model used by the energy management process.
The energy management problem is formulated as a sequential decision-making problem and is solved using Dynamic Programming. The battery State of Charge is used as the main state variable, while charging and discharging power limits, conversion efficiencies, full load coverage, and the operational decision cycle are incorporated into the model. The actual State of Charge is maintained as a continuous quantity, while the discrete state grid is used for the value function, with linear interpolation applied to intermediate states.
The final evaluation is conducted over a continuous weekly horizon of 168 hours through 14 consecutive rolling-horizon cycles. In each cycle, a 36-hour recursive photovoltaic forecast is generated. The first 12 hours correspond to the implementation delay, while the following 24 hours form the optimization horizon. Only the first 12 decisions of the calculated schedule are implemented before the forecasting and optimization processes are repeated using the updated battery State of Charge.
The Dynamic Programming strategy results in a weekly net cost of €1,312.52, compared with €4,993.69 for the No Battery strategy and €4,722.78 for the Fill Battery First strategy. Therefore, the proposed strategy achieves a cost reduction of approximately 73.7% compared with the No Battery scenario and 72.2% compared with the Fill Battery First strategy. The final State of Charge under the Dynamic Programming strategy is 2,534.57 kWh, which remains close to the initial value of 2,500 kWh.
The results demonstrate that the integration of forecasting, battery storage, and optimization can significantly reduce operational energy costs. However, the magnitude of the economic benefit depends on the electricity purchase and selling prices and on the energy flows permitted between the grid and the battery. Consequently, the numerical results apply to the specific scenario considered and should not be interpreted as a general estimate for every real-world installation.
Keywords: Renewable Energy Sources, photovoltaic generation, time-series forecasting, Linear Regression, LSTM, PVGIS, battery energy storage, Dynamic Programming, energy management.

Meeting ID: 920 6397 3040
Password: 840767

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ημερομηνία: Τρίτη, 4 Αυγούστου 2026, 12:00
Αίθουσα: Εργαστήριο ΕΡΓΑΣΥΑ

Ονοματεπώνυμο: ΜΑΡΙΝΑΚΗ ΑΝΝΑ---ΜΑΡΙΑ

Θέμα: Μελέτη Συμπεριφοράς Επισκεπτών. Η περίπτωση της Κρήτης.

Title: Visitors’ behaviour study. The case of Crete.

Εξεταστική Επιτροπή

• ΚΡΑΣΑΔΑΚΗ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ, ΕΔΙΠ (επιβλέπων)
• ΤΣΑΦΑΡΑΚΗΣ ΣΤΕΛΙΟΣ, Αναπληρωτής Καθηγητής
• ΦΑΦΑΛΙΟΣ ΠΑΥΛΟΣ, Επίκουρος Καθηγητής

Περίληψη

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των επισκεπτών της Κρήτης. Ο όρος επισκέπτης αναφέρεται στα άτομα που κάνουν διακοπές στην Κρήτη με σκοπό να απολαύσουν τις υπηρεσίες, τα προϊόντα και τις εμπειρίες που προσφέρει ο τόπος. Με την έννοια αυτή, η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει γενικά στη συμπεριφορά τους και ειδικότερα στις προτιμήσεις τους, τις ανάγκες τους και τα κίνητρά τους κατά την επίσκεψη στην Κρήτη. Για τον λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκε ανάλυση διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά των επισκεπτών, προσφέροντας σημαντική σε βάθος κατανόηση για τον τουρισμό στην περιοχή. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από προγενέστερη έρευνα του 2022, τα οποία αναλύθηκαν μέσω επαγωγικής στατιστικής και τεχνικών clustering.

Abstract

The aim of this diploma thesis is to study the behaviour of visitors to Crete. The term visitor refers to people who spend their holidays in Crete in order to enjoy the services, products and experiences that the place offers. Therefore, this thesis focuses on their behaviour in general and in particular on their preferences, needs and motivations when visiting Crete. An analysis of various factors that influence visitors' behaviour will be carried out, providing an important in-depth understanding of tourism in the region. The data to be used will come from a previous survey in 2022, which will be analyzed through inferential statistics and clustering techniques.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών (Διδακτορικών) Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ

Νικολάου Μακρή 

με θέμα

Συμπαγής Μοντελοποίηση JFETs και MESFETs Διπλής Πύλης Βασισμένη στη Θεωρία Φορτίων

Charge-Based Compact Modeling of Double Gate JFETs and MESFETs

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Ματτίας Μπούχερ (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπάλας
Dr. Jean-Michel Sallese, EPFL
Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης
Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας
Δρ. Κωνσταντίνος Ζεκεντές, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ)
Δρ. Γεώργιος Κωνσταντινίδης, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ)

Περίληψη

Η ακριβής προσομοίωση κυκλωμάτων με τρανζίστορ επίδρασης πεδίου επαφής (JFET) απαιτεί ένα συμπαγές μοντέλο που περιγράφει, μέσα σε ένα ενιαίο και συνεπές πλαίσιο, την ηλεκτροστατική της διάταξης, το ρεύμα απαγωγού, τα φορτία των ακροδεκτών, τις ενδογενείς χωρητικότητες, τον θόρυβο και την εξάρτηση από τις παραμέτρους. Τα υφιστάμενα μοντέλα JFET χρησιμοποιούν συνήθως διαφορετικές εκφράσεις ανά περιοχή λειτουργίας ή εμπειρικές συναρτήσεις μετάβασης και δεν παρέχουν μια κοινή φυσική μεταβλητή που να συνδέει τη στατική και τη δυναμική λειτουργία, τον θόρυβο και τη λειτουργία σε επίπεδο κυκλώματος. Οι απαιτήσεις αυτές, σε συνδυασμό με την απουσία ενός ευρέως αποδεκτού βιομηχανικού προτύπου συμπαγούς μοντέλου JFET, αποτελούν το κίνητρο για την ανάπτυξη που παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή.
Αναπτύσσεται ένα πλαίσιο συμπαγούς μοντελοποίησης, βασισμένο στη φυσική και στο φορτίο, για συμμετρικά και ασύμμετρα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου επαφής διπλής πύλης (DG JFET) και συναφείς δομές MESFET. Το κινητό φορτίο του καναλιού χρησιμοποιείται ως η κοινή φυσική μεταβλητή που συνδέει την ηλεκτροστατική του ημιαγωγού με το ρεύμα απαγωγού, τη διαγωγιμότητα, το φορτίο των ακροδεκτών, την ενδογενή διαχωρητική χωρητικότητα, τον θόρυβο, την εξαγωγή παραμέτρων και την προσομοίωση κυκλωμάτων. Ξεκινώντας από την ηλεκτροστατική προσέγγιση μακρού καναλιού, εξάγεται μια συνεχής σχέση φορτίου–τάσης, η οποία χρησιμοποιείται για τη διατύπωση του ρεύματος απαγωγού και των διαγωγιμοτήτων, λαμβάνοντας υπόψη την ολίσθηση και τη διάχυση. Η στατική διατύπωση επεκτείνεται στα φορτία των ακροδεκτών μέσω του επιμερισμού Ward–Dutton και οι ενδογενείς διαχωρητικές χωρητικότητες προκύπτουν από την παραγώγιση των φορτίων των ακροδεκτών. Το μοντέλο δεν απαιτεί πρόσθετες τροποποιήσεις για να παραμένει συνεχές σε μηδενική πόλωση απαγωγού, V_DS=0. Αναπτύσσεται ένα σχήμα κανονικοποίησης που ορίζει ένα σύνολο κανονικοποιημένων φυσικών μεγεθών, τα οποία χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή νέων διατυπώσεων βασισμένων στο φορτίο και συναρμολογούνται στο Charge-based JFET Model (CJM). Το CJM υλοποιείται σε Verilog-A και επεκτείνεται ώστε να λαμβάνει υπόψη τον κορεσμό ταχύτητας, τη διαμόρφωση μήκους καναλιού, την υποβάθμιση της κινητικότητας, τις αντιστάσεις σειράς και τις παρασιτικές χωρητικότητες.
Το πλαίσιο επεκτείνεται περαιτέρω σε ασύμμετρα DG JFET τεσσάρων ακροδεκτών με ανεξάρτητα πολωμένες πύλες και διαφορετικές επαφές πύλης. Η αποσύνθεση σε δύο συζευγμένες ισοδύναμες συμμετρικές διατάξεις οδηγεί σε αναλυτικές εκφράσεις για την ηλεκτροστατική, το ρεύμα απαγωγού, τα φορτία των ακροδεκτών, τον πίνακα ενδογενών χωρητικοτήτων και την τάση κατωφλίου. Στο εξεταζόμενο εύρος πολώσεων, η προσέγγιση που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διατύπωση παρουσιάζει μέγιστη κανονικοποιημένη απόκλιση <0.5% στο συνολικό κινητό φορτίο σε σχέση με την αριθμητική ηλεκτροστατική λύση.
Οι διατυπώσεις του μοντέλου υλοποιούνται σε Verilog-A και επικυρώνονται μέσω σύγκρισης με προσομοιώσεις TCAD, μετρήσεις διατάξεων και πειράματα σε επίπεδο κυκλώματος, τα οποία καλύπτουν συμμετρικές και ασύμμετρες διατάξεις, τεχνολογίες πυριτίου, SiC και GaN, καθώς και θερμοκρασίες έως 500 ^∘ C. Ένας ενισχυτής κοινής πηγής σχεδιάζεται και κατασκευάζεται εσωτερικά και η μετρούμενη απόκρισή του σε εναλλασσόμενο σήμα συγκρίνεται με προσομοίωση που χρησιμοποιεί το CJM σε Verilog-A. Η προσομοίωση αναπαράγει το μετρούμενο κέρδος στη μεσαία περιοχή συχνοτήτων και τη μετρούμενη απόκριση συχνότητας.
Αναπτύσσονται επίσης διατυπώσεις θερμικού θορύβου και θορύβου χαμηλής συχνότητας βασισμένες στο φορτίο, οι οποίες αξιολογούνται έναντι προσομοιώσεων TCAD και μετρήσεων διατάξεων. Μια ειδική διάταξη μέτρησης χαμηλού θορύβου σχεδιάζεται και υλοποιείται εσωτερικά για τον χαρακτηρισμό εμπορικών JFET. Τα μετρούμενα χαρακτηριστικά θορύβου χαμηλής συχνότητας ως προς την πόλωση ενός εμπορικού JFET αναπαράγονται με τη χρήση της διατύπωσης διακυμάνσεων κινητικότητας που βασίζεται στο φορτίο. Αναπτύσσεται επίσης μεθοδολογία εξαγωγής παραμέτρων βασισμένη στο φορτίο για την εξαγωγή της ενεργού κινητικότητας, της αντίστασης σειράς και της τάσης κατωφλίου.
Οι κύριες καινοτόμες συνεισφορές περιλαμβάνουν: (i) μια συνεχή διατύπωση φορτίου–τάσης και ρεύματος απαγωγού, η οποία ενσωματώνει την ολίσθηση και τη διάχυση χωρίς παρεμβολή μεταξύ περιοχών λειτουργίας· (ii) εκφράσεις φορτίου ακροδεκτών και ενδογενών χωρητικοτήτων που παραμένουν συνεχείς στο V_DS=0· (iii) ένα σχήμα κανονικοποίησης και τις προκύπτουσες διατυπώσεις βασισμένες στο φορτίο που συναρμολογούνται στο CJM· (iv) μια διατύπωση ασύμμετρου DG JFET τεσσάρων ακροδεκτών που διατηρεί τη διατήρηση φορτίου και λαμβάνει υπόψη ανεξάρτητες πολώσεις πύλης και διαφορετικές επαφές πύλης, μαζί με μια ρητή έκφραση της τάσης κατωφλίου· (v) ένα διαδικτυακό εργαλείο προσομοίωσης που χρησιμοποιεί το πλαίσιο μοντελοποίησης βασισμένο στο φορτίο· και (vi) διατυπώσεις θερμικού θορύβου, θορύβου χαμηλής συχνότητας και εξαγωγής παραμέτρων.
Συνολικά, η εργασία διαμορφώνει ένα ενιαίο πλαίσιο που συνδέει την ηλεκτροστατική και τη μεταφορά φορέων στον ημιαγωγό με την υλοποίηση συμπαγών μοντέλων και την προσομοίωση κυκλωμάτων. Η προσέγγιση που βασίζεται στο φορτίο παρέχει κοινή βάση για τη μοντελοποίηση, τον χαρακτηρισμό και την αξιοποίηση συμμετρικών και ασύμμετρων τεχνολογιών JFET σε κυκλωματικές εφαρμογές. Η έρευνα οδήγησε σε τέσσερα άρθρα σε επιστημονικά περιοδικά και τρεις εργασίες σε συνέδρια. Παράλληλα, αναπτύχθηκε το διαδικτυακό εργαλείο JFETlab και διατέθηκε μέσω της πλατφόρμας nanoHUB, ώστε το πλαίσιο μοντελοποίησης να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προσομοιώσεις επιπέδου διάταξης. Μία από τις συνεδριακές εργασίες τιμήθηκε με το Βραβείο Καλύτερης Εργασίας στο ESSDERC 2018.
Λέξεις-κλειδιά: συμπαγής μοντελοποίηση· προσομοίωση κυκλωμάτων· JFET διπλής πύλης· MESFET· μοντελοποίηση βασισμένη στο φορτίο · φορτίο και χωρητικότητα ακροδεκτών· ασύμμετρο JFET· μοντελοποίηση θορύβου· εξαγωγή παραμέτρων· Verilog-A

Abstract

Accurate circuit simulation of junction field-effect transistors (JFETs) requires a compact model that describes the device electrostatics, drain current, terminal charges, intrinsic capacitances, noise, and parameter dependence within a single consistent framework. Existing JFET models commonly employ separate regional expressions or empirical transitions and do not provide a common physical variable linking static, dynamic, noise, and circuit-level operation. These requirements, together with the absence of a widely adopted industry-standard JFET compact model, motivate the development presented in this thesis.
A physics-based, charge-based compact-modeling framework is developed for symmetric and asymmetric double-gate Junction Field-Effect Transistors (DG JFETs) and related MESFET structures. Mobile channel charge is used as the common physical variable linking the semiconductor electrostatics to drain current, transconductance, terminal charge, intrinsic trans-capacitance, noise, parameter extraction, and circuit simulation. Starting from the long-channel electrostatics, a continuous charge–voltage relation is derived and used to formulate the drain current and transconductances while accounting for drift and diffusion. The static formulation is extended to the terminal charges through Ward–Dutton partitioning, and the intrinsic trans-capacitances are obtained by differentiating the terminal charges. The model requires no additional modifications to remain continuous at zero drain bias, V_DS=0. A normalization scheme is developed to define a set of normalized physical quantities used to derive new charge-based formulations, which are assembled into the Charge-based JFET Model (CJM). The CJM is implemented in Verilog-A and extended to account for velocity saturation, channel-length modulation, mobility degradation, series resistance, and parasitic capacitances.
The framework is further extended to asymmetric four-terminal DG JFETs with independently biased gates and dissimilar gate contacts. Decomposition into two coupled equivalent symmetric devices yields analytical expressions for the electrostatics, drain current, terminal charges, intrinsic-capacitance matrix, and threshold voltage. Over the investigated bias range, the approximation used in this formulation produces a maximum normalized discrepancy of <0.5% in the total mobile charge relative to the numerical electrostatic solution.
The model formulations are implemented in Verilog-A and validated against TCAD simulations, device measurements, and circuit-level experiments covering symmetric and asymmetric devices, silicon, SiC, and GaN technologies, and temperatures up to 500 ^∘ C. A common-source amplifier is designed and fabricated in-house, and its measured AC response is compared with simulation using the Verilog-A CJM. The simulation captures the measured midband gain and reproduces the measured frequency response.
Charge-based thermal- and low-frequency noise formulations are also developed and evaluated against TCAD simulations and device measurements. A dedicated low-noise measurement setup is designed and implemented in-house to characterize commercial JFETs. The measured bias-dependent low-frequency-noise characteristics of a commercial JFET are reproduced using the charge-based mobility-fluctuation formulation. Charge-based extraction methodology is also developed for extracting effective mobility, series resistance, and threshold voltage.
The principal novel contributions comprise: (i) a continuous charge-voltage and drain-current formulation incorporating drift and diffusion without region-dependent interpolation; (ii) terminal-charge and intrinsic-capacitance expressions that remain continuous at V_DS=0; (iii) a normalization scheme and the resulting charge-based formulations assembled into the CJM; (iv) a charge-conserving four-terminal asymmetric DG JFET formulation accounting for independent gate biases and dissimilar gate contacts, together with an explicit threshold-voltage expression; (v) an online simulation tool employing the charge-based modeling framework; and (vi) thermal-noise, low-frequency-noise, and parameter-extraction formulations.
The resulting framework establishes a consistent path from semiconductor electrostatics and carrier transport to compact-model implementation and circuit-level simulation. By using this charge-based modeling approach, the work provides a unified basis for the modeling, characterization, and circuit application of symmetric and asymmetric JFET technologies. This work resulted in four journal articles and three conference papers. An online tool, JFETlab, was also developed and published on the nanoHUB platform, enabling users to apply the modeling framework to device-level simulations. One of the conference papers received the Best Paper Award at ESSDERC 2018.
Keywords: compact modeling; circuit simulation; double-gate JFET; MESFET; charge-based modeling; terminal charge and capacitance; asymmetric JFET; noise modeling; parameter extraction; Verilog-A

Meeting ID:  999 9019 1441
Passcode: 963844

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: ΛΑΜΠΡΟΣ ΤΣΙΩΛΗΣ

Α.Μ.: 2015050119

Ημερομηνία Παρουσίασης: 28/7/2026

Ώρα: 11:00

Αίθουσα: https://tuc-gr.zoom.us/j/95027927805?pwd=1A9550TPqBT9aPYzrlrjCFE92xf0VY.1   

Θέμα ΔE «Επίδραση νάνο-φυσαλίδων αέρα κατά την αναερόβια χώνευση αστικής ιλύος»

Title «Effect of air nanobubbles on the anaerobic digestion of sewage sludge»

Επιβλέπων:Μιχαήλ Φουντουλάκης

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1 Μιχαήλ Φουντουλάκης

2 Νικόλαος Καλογεράκης

3 Δανάη Βενιέρη

Περίληψη:

Η αναερόβια χώνευση αποτελεί μία από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους επεξεργασίας αποβλήτων, καθώς συμβάλλει στη σταθεροποίηση της ιλύος και παράλληλα οδηγεί στην παραγωγή βιοαερίου. Το βιοαέριο μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας, προσφέροντας σημαντικά οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Για αυτό το λόγο, τα τελευταία χρόνια έχει υπάρξει έντονο ενδιαφέρον ώστε να βρεθούν τρόποι για την ενίσχυση της απόδοσης της διεργασίας. Μια τεχνική η οποία φαίνεται να έχει θετική επίδραση στην αναερόβια χώνευση είναι η χρήση νανοφυσαλίδων αέρα.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η διερεύνηση της επίδρασης των νανοφυσαλίδων αέρα κατά την αναερόβια χώνευση αστικής ιλύος. Αρχικά έγιναν δοκιμές μέτρησης του βιοχημικά μεθανογόνου δυναμικού (Biochemical Methane Potential/BMP), ενώ στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν αναερόβιοι αντιδραστήρες συνεχούς λειτουργίας τύπου draw-fill με προσθήκη νανοφυσαλίδων αέρα, όπου υπήρξε  παρακολούθηση διάφορων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών μεταξύ των οποίων το pH, τα ολικά στερεά (TS) και το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD). Παράλληλα δείγματα του πειράματος στάλθηκαν στο εργαστήριο Ποιότητας Υδάτων και Αέρα του Πανεπιστημίου του Αιγαίου για τον προσδιορισμό των υπερ- και πολυφθοροαλκυλιωμένων ουσιών (PFAS).

Τα αποτελέσματα των δυο αντιδραστήρων έδειξαν ότι η παραγωγή βιοαερίου παρουσίασε διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια του πειράματος, με τον αντιδραστήρα που περιείχε τις νανοφυσαλίδες να εμφανίζει ελαφρώς αυξημένη παραγωγή. Ωστόσο, η παρουσία νανοφυσαλίδων δεν φαίνεται να οδήγησε σε σαφή βελτίωση των εξεταζόμενων παραμέτρων.

Συνολικά, η χρήση νανοφυσαλίδων αέρα αποτελεί μία ενδιαφέρουσα τεχνολογία για τη βελτίωση της αναερόβιας χώνευσης, όμως απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση για τον προσδιορισμό των βέλτιστων συνθηκών εφαρμογής της και την αξιολόγηση της δυνατότητας εφαρμογής της σε μεγαλύτερη κλίμακα.

Abstract:

Anaerobic digestion is one of the most widely used waste treatment methods, as it contributes to sludge stabilization while simultaneously producing biogas. Biogas can be utilized for energy production, providing significant economic and environmental benefits. For this reason, considerable research efforts have focused in recent years on developing methods to enhance the efficiency of the anaerobic digestion process. One of the techniques that has attracted increasing interest is the use of air nanobubbles.

The aim of the present diploma thesis was to investigate the effect of air nanobubbles on the anaerobic digestion of municipal sludge. Initially, Biochemical Methane Potential (BMP) tests were carried out, followed by the operation of continuous draw-fill anaerobic reactors with the addition of air nanobubbles. During the experimental period, key physicochemical parameters, including pH, total solids (TS), and chemical oxygen demand (COD), were regularly monitored. In addition, samples collected during the experiment were sent to Warer and Air Quality laboratory at the University of the Aegean for the determination of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS).

The results showed that biogas production varied throughout the experimental period, with the reactor containing air nanobubbles exhibiting slightly higher biogas production. However, the addition of nanobubbles did not result in a clear improvement in all of the monitored parameters.

Overall, the use of air nanobubbles appears to be a promising approach for enhancing anaerobic digestion. Nevertheless, further research is required to determine the optimal operating conditions and to evaluate the feasibility of applying this technology on a larger scale.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών
Διοίκηση Επιχειρήσεων

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Δευτέρα, 31 Αυγούστου 2026, 12:00
https://tuc-gr.zoom.us/j/4267228881?pwd=SFNJdUFOR2ZTQjFKTlF3RkFKeFlwQT09

Ονοματεπώνυμο: ΚΑΝΑΚΗ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ

Θέμα: Σκορ άνθρακα: Ένας πολυκριτήριος δείκτης για τη σωτηρία του πλανήτη.

Title: Carbon score: A multi-criteria index for the protection of the planet.

Εξεταστική Επιτροπή

• ΖΟΠΟΥΝΙΔΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ, Καθηγητής (επιβλέπων)
• ΔΟΥΜΠΟΣ ΜΙΧΑΗΛ, Καθηγητής
• ΑΤΣΑΛΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, Αναπληρωτής Καθηγητής

Περίληψη

Η κλιματική αλλαγή αποτελεί μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις του 21ου αιώνα, επηρεάζοντας το φυσικό περιβάλλον, την οικονομική ανάπτυξη και την κοινωνική ευημερία. Η συνεχής αύξηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου καθιστά αναγκαία την ανάπτυξη αξιόπιστων εργαλείων αξιολόγησης της περιβαλλοντικής επίδοσης κρατών, οργανισμών και επιχειρήσεων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση του Σκορ Άνθρακα (Carbon Score) ως πολυκριτήριου δείκτη περιβαλλοντικής αξιολόγησης και η ανάδειξη της συμβολής του στη βιώσιμη ανάπτυξη και στη μετάβαση προς μια οικονομία χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Η μεθοδολογία της έρευνας βασίζεται σε εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση διεθνών και ευρωπαϊκών πηγών σχετικά με την κλιματική αλλαγή, το ανθρακικό αποτύπωμα, τους περιβαλλοντικούς δείκτες, τα κριτήρια ESG και τις αρχές της βιώσιμης ανάπτυξης. Παράλληλα, πραγματοποιείται συγκριτική ανάλυση περιβαλλοντικών επιδόσεων μεταξύ επιλεγμένων χωρών, καθώς και μελέτη περίπτωσης της ελληνικής εταιρείας ΔΕΣΦΑ, με στόχο την αποτύπωση της πρακτικής εφαρμογής των αρχών διαχείρισης εκπομπών άνθρακα σε επιχειρησιακό επίπεδο. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης καταδεικνύουν ότι το Σκορ Άνθρακα αποτελεί ένα σύνθετο εργαλείο αξιολόγησης, το οποίο δεν περιορίζεται στη μέτρηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, αλλά ενσωματώνει πολλαπλές διαστάσεις περιβαλλοντικής επίδοσης. Η χρήση του επιτρέπει τη συγκριτική αξιολόγηση διαφορετικών οντοτήτων, την παρακολούθηση της προόδου ως προς τους στόχους βιωσιμότητας και την υποστήριξη της λήψης στρατηγικών αποφάσεων για τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος. Συμπερασματικά, το Σκορ Άνθρακα μπορεί να αποτελέσει ένα αποτελεσματικό εργαλείο περιβαλλοντικής διαχείρισης και λογοδοσίας, συμβάλλοντας στην επίτευξη των Στόχων Βιώσιμης Ανάπτυξης, στην ενίσχυση της διαφάνειας των οργανισμών και στην προώθηση της πράσινης μετάβασης. Παράλληλα, αναδεικνύεται η ανάγκη περαιτέρω ανάπτυξης κοινών μεθοδολογιών και προτύπων αξιολόγησης, ώστε να ενισχυθεί η αξιοπιστία και η συγκρισιμότητα των σχετικών δεικτών.

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ
(για Ανάρτηση)
Όνοματεπώνυμο Μεταπτυχιακού Φοιτητή: ΠΕΤΡΟΥ ΕΜΜΑΝΟΥΕΛΑ
Α.Μ.: 2017057457
Ημερομηνία Παρουσίασης: 24/7/2026
Ώρα: 11:00
Αίθουσα: Διαδικτυακά
https://tuc-gr.zoom.us/j/98545336652?pwd=D2b9jwDvnasppwcAPcMmWvjMHSbpip.1 

Θέμα ΔΜΣ «Πρόταση περιβαλλοντικής αναβάθμισης αστικών υπαίθριων χώρων στην Παλιά Πόλη Χανίων»
Title MSc «Environmental rehabilitation of outdoor urban spaces at the old city of Chania»

Επιβλέπων:Διονυσία Κολοκοτσά
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1. Διονυσία Κολοκοτσά
2. Θεοχάρης Τσούτσος
3. Μιχαήλ Λαζαρίδης

Περίληψη:
Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία διερευνά τη συμβολή της κλιματικά ευαίσθητης αστικής αναγέννησης στη βελτίωση του μικροκλίματος και της υπαίθριας θερμικής άνεσης σε ιστορικούς αστικούς υπαίθριους χώρους, με περιοχή μελέτης την Παλιά Πόλη των Χανίων. Η έρευνα βασίστηκε σε συγκριτική αξιολόγηση τριών σεναρίων παρέμβασης, αξιοποιώντας τα λογισμικά ENVI-met και RayMan για την προσομοίωση των μικροκλιματικών συνθηκών και της θερμικής άνεσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ολοκληρωμένη εφαρμογή βιοκλιματικών στρατηγικών, μέσω συνδυασμού βλάστησης, σκίασης, κατάλληλων υλικών και ανασχεδιασμού του δημόσιου χώρου, υπερτερεί σημαντικά της αποκλειστικής ενίσχυσης της βλάστησης, οδηγώντας σε ουσιαστική βελτίωση των περιβαλλοντικών συνθηκών. Η εργασία προτείνει ένα επιστημονικά τεκμηριωμένο μεθοδολογικό πλαίσιο που μπορεί να υποστηρίξει τον σχεδιασμό βιώσιμων και κλιματικά ανθεκτικών παρεμβάσεων σε ιστορικές μεσογειακές πόλεις.

Abstract:
This MSc thesis investigates the contribution of climate-responsive urban regeneration to improving the microclimate and outdoor thermal comfort of historic urban open spaces, using the Old Town of Chania, Greece, as the study area. The research is based on a comparative assessment of three
intervention scenarios, employing the ENVI-met and RayMan models to simulate microclimatic conditions and evaluate outdoor thermal comfort. The findings demonstrate that an integrated climate-responsive design approach, combining vegetation, shading, appropriate surface materials, and spatial redesign, provides substantially greater environmental benefits than vegetation enhancement alone. The study proposes a scientifically validated methodological framework that can support the planning and design of sustainable and climate-resilient interventions in historic Mediterranean cities while preserving their cultural identity.

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Ειρήνη Παρασκευάκη

Α.Μ.: 2016050047

Ημερομηνία Παρουσίασης: 22/07/2026

Ώρα:10.00

Αίθουσα:

https://tuc-gr.zoom.us/j/93403334065?pwd=Tqw5uFIIFiq30b1kutAshAzFZOHpB3.1

Meeting ID: 934 0333 4065

Password: 478700

Θέμα ΔE «Αξιολόγηση Χαρακτήρα Τοπίου σε Περιβάλλον Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών»

Title «Landscape Character Assessment using Geographic Information Systems»

Επιβλέπων: Τσουχλαράκη Ανδρονίνη

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1 Τσουχλαράκη Ανδρονίκη

2 Αλεξάκης Δημήτριος

3 Παρτσινέβελος Παναγιώτης

Περίληψη:

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στον χωρικό χαρακτηρισμό του τοπίου μέσω της ανάλυσης και σύνθεσης φυσικών και ανθρωπογενών παραμέτρων, με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) και δεδομένων δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Στόχος της εργασίας είναι η οργάνωση και συστηματική περιγραφή της τοπιακής ποικιλότητας της Περιφερειακής Ενότητας Χανίων (Κρήτη). Η μεθοδολογική προσέγγιση βασίστηκε στη δημιουργία Μονάδων Περιγραφής Γης (Land Description Units, LDUs), οι οποίες προέκυψαν από τον συνδυασμό γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών και κατηγοριών κάλυψης γης. Οι μονάδες αυτές αποτέλεσαν το ενδιάμεσο αναλυτικό επίπεδο για τη σύνθεση των τελικών Κατηγοριών Χαρακτήρα Τοπίου (Landscape Character Types, LCTs), μέσω διαδικασίας συγχωνεύσεων. Για την περιγραφή της ανθρώπινης παρουσίας ενσωματώθηκε ο χωρικός δείκτης οικιστικής πυκνότητας (settlement intensity), ενώ παράλληλα αξιοποιήθηκε ο φασματικός δείκτης βλάστησης NDVI για τη συγκριτική αποτύπωση της φυτοκάλυψης και της σχετικής φυτικής δραστηριότητας. Οι δείκτες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν αποκλειστικά ως ποσοτικά περιγραφικά στοιχεία του τοπίου. Το τελικό αποτέλεσμα της ανάλυσης είναι η παραγωγή συνόλου Κατηγοριών Χαρακτήρα Τοπίου, οι οποίες αποτυπώνουν επαναλαμβανόμενους και εννοιολογικά συνεκτικούς χωρικούς συνδυασμούς φυσικών και ανθρωπογενών χαρακτηριστικών. Οι κατηγορίες αυτές οργανώθηκαν σε αναλυτικό Κατάλογο Τοπίου (Landscape Catalogue), ο οποίος λειτουργεί ως εργαλείο χωρικής περιγραφής και ερμηνείας του τοπίου και μπορεί να αποτελέσει βάση για μελλοντικές εφαρμογές χωρικού σχεδιασμού και περιβαλλοντικής ανάλυσης.

Abstract:

This thesis focuses on the spatial characterisation of landscape through the analysis and synthesis of natural and anthropogenic parameters, using Geographic Information Systems (GIS) and satellite remote sensing data. The main objective is the systematic organisation and descriptive representation of landscape diversity within the Regional Unit of Chania (Crete). The methodological framework is based on the development of Land Description Units (LDUs), derived from the combination of geomorphological characteristics and landcover categories. These units constitute an intermediate analytical level that supports the synthesis of final Landscape Character Types (LCTs) through a process of merging and generalisation. Human presence within the landscape is represented through settlement intensity, used as a quantitative spatial indicator of anthropogenic influence. In parallel, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) is employed to depict the spatial variability of vegetation cover and relative vegetation condition. The final outcome of the analysis is the identification and mapping of a set of Landscape Character Types, representing recurring and conceptually coherent spatial combinations of natural and anthropogenic landscape features. These categories are organised into an analytical Landscape Catalogue that functions as a tool for landscape description, interpretation and spatial understanding and may provide a structures basis for future applications in spatial planning and environmental analysis.

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Βασιλική Γκανάρα

Α.Μ.: 2019050082

Ημερομηνία Παρουσίασης: 21/07/2026

Ώρα: 10:00 π.μ

Διαδικτυακά: https://tucgr.zoom.us/j/87189374050?pwd=LytpSFVoaHNuaGVsVUZkemJTdENkQT09

Meeting ID: 871 8937 4050 Password: 788241

Θέμα ΔE «ΜΕΛΕΤΗ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΠΙΛΟΤΙΚΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΤΕΧΝΗΤΟΥ ΥΓΡΟΒΙΟΤΟΠΟΥ ΜΕ ΣΥΝΕΧΗ ΤΕΧΝΗΤΟ ΑΕΡΙΣΜΟ»

Title «PERFORMANCE EVALUATION OF A PILOT CONSTRUCTED WETLAND WITH CONTINUOUS ARTIFICIAL AERATION»

Επιβλέπων: Αλέξανδρος Στεφανάκης

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1 Αλέξανδρος Στεφανάκης

2 Μιχαήλ Φουντουλάκης

3 Παρανυχιανάκης Νικόλαος

Περίληψη:

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η απόδοση πιλοτικής μονάδας τεχνητού υγροβιότοπου υποεπιφανειακής ροής με συνεχή τεχνητό αερισμό, για την επεξεργασία πρωτοβάθμια επεξεργασμένων αστικών λυμάτων. Το πείραμα εκπονήθηκε στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Χανίων (ΕΕΛ Χανίων). Ο τεχνητός υγροβιότοπος απαρτίζεται από τέσσερα διαδοχικά στάδια επεξεργασίας (Α,Β,C,D), συνδεδεμένα σε σειρά μέσω συστήματος σωληνώσεων στο άνω, μέσο και κάτω τμήμα τους. Oι παλετοδεξαμενές για τα στάδια Α, Β, D αποτελούνται από ποταμίσιο χαλίκι ενώ η τρίτη C από ποταμίσιο χαλίκι και βιοεξανθράκωμα/biochar. Oι δεξαμενές φυτεύτηκαν με συνδυασμό των φυτών Arundo donax και Phragmites australis. Το πείραμα διεξήχθη για επτά μήνες (Νοέμβριος 2024 – Μάιος 2025). Ως εισροή χρησιμοποιήθηκε το υπερκείμενο κλάσμα εκροής της δεξαμενής πρωτοβάθμιας καθίζησης της ΔΕΥΑΧ. Για την αξιολόγηση της απόδοσης του συστήματος παρακολουθήθηκαν οι εξής παράμετροι ποιότητας ανά δύο βδομάδες: pH, ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC), BOD₅, COD, DOC, TSS, ολικό άζωτο (TN), αμμωνιακό άζωτο (NH₄⁺-N), νιτρικό άζωτο (NO₃⁻-N), ολικός φώσφορος (TP) και φωσφορικά (PO₄³⁻-P). Παράλληλα, εξετάστηκε η τμηματική κατανομή της απόδοσης εντός κάθε σταδίου στο άνω, μέσο, κάτω τμήμα, καθώς και η κατά μήκος κατανομή κατά τη διαδοχική ροή μεταξύ των τεσσάρων σταδίων. Tα αποτελέσματα έδειξαν εξαιρετικά υψηλές αποδόσεις αφαίρεσης οργανικού φορτίου: BOD₅ 96,78% (μέσος όρος συγκέντρωσης της εκροής 8,72 mg/L) και COD 96,13% (μέσο όρο συγκέντρωσης εκροής 14,63 mg/L), απόδοση που είναι υψηλότερες από αυτές της διεθνής βιβλιογραφίας. Η απόδοση αφαίρεσης TSS ήταν επίσης εξαιρετικά υψηλή (95,89%), με μέση εκροή 4,28 mg/L. Ως προς το άζωτο, η ποσοστιαία απομάκρυνση NH₄⁺-N (90,47%) είναι υψηλότερη από τις βιβλιογραφικές τιμές (60–85%), επιβεβαιώνοντας τη θετική επίδραση του συνεχούς αερισμού στη νιτροποίηση. Η ποσοστιαία απομάκρυνση TN (60,71%) υπερβαίνει επίσης το βιβλιογραφικό εύρος (25–55%), ωστόσο ο μέσος όρος της συγκέντρωσης της εκροής (23,88 mg/L) υπερβαίνει τα νομοθετικά όρια για ευαίσθητους αποδέκτες (≤15 mg/L), λόγω συσσώρευσης νιτρικών από τον συνεχή αερισμό. Η ποσοστιαία απομάκρυνσή TP (6,54%) ήταν χαμηλή, με μέσο όρο συγκέντρωσης εκροής 6,42 mg/L, υπερβαίνοντας τα όρια για ευαίσθητους αποδέκτες (≤2 mg/L). Συνολικά, το σύστημα παράγει εκροή πλήρως κατάλληλη για διάθεση σε μη ευαίσθητους αποδέκτες (BOD₅, COD, TSS, pH εντός ορίων ΚΥΑ 5673/400/1997), ενώ για διάθεση σε ευαίσθητους αποδέκτες ή επαναχρησιμοποίηση απαιτείται περαιτέρω επεξεργασία για TN και TP. Ο τεχνητός αερισμός αποδείχθηκε καθοριστικός παράγοντας για τη βελτίωση της νιτροποίησης και της αφαίρεσης οργανικού φορτίου, ενώ η χρήση biochar στη μονάδα C επέφερε θετική επίδραση στην ποιότητα εκροής.

Abstract:

In the present thesis, the performance of a pilot vertical subsurface flow constructed wetland (HSSF CW) system operating under continuous artificial aeration was investigated, for the treatment of primary-treated urban wastewater. The experiment was conducted at the facilities of the Municipal Water and Sewerage Company of Chania. The system consists of four sequential pilot constructed wetland stages connected in series via a piping system at the upper, middle, and lower sections of each unit. The influent consisted of the supernatant fraction from the primary sedimentation tank of DEYACH. The four stages are labelled A, B, C and D and differ in terms of filling substrate. Stages A, B and D were filled with river gravel, while C was filled with river gravel supplemented with biochar. Furthermore, the units were planted with a combination of two kinds of plants Arundo donax and Phragmites australis. The experiment was conducted over a period of seven months (November 2024 – May 2025). System performance was evaluated by monitoring every two weeks of the following water quality parameters: pH, electrical conductivity (EC), BOD₅, COD, DOC, TSS, total nitrogen (TN), ammonium nitrogen (NH₄⁺-N), nitrate nitrogen (NO₃⁻-N), total phosphorus (TP) and orthophosphate (PO₄³⁻-P). The vertical distribution of treatment efficiency within each stage (upper, middle, and lower zones) and the longitudinal distribution across the four sequential stages were also examined. Results demonstrated exceptionally high organic matter removal efficiencies: BOD₅ at 96.78% (mean effluent 8.72 mg/L) and COD at 96.13% (mean effluent 14.63 mg/L), both exceeding the typical ranges reported in the international literature. TSS removal efficiency was also very high (95.89%), with a mean effluent concentration of 4.28 mg/L. Regarding nitrogen, NH₄⁺-N removal efficiency (90.47%) surpassed the expected bibliographic range (60–85%), confirming the significant contribution of continuous aeration to nitrification. TN removal (60.71%) also exceeded the bibliographic range (25–55%); however, the mean effluent TN concentration (23.88 mg/L) exceeded the regulatory limit for sensitive receiving bodies (≤15 mg/L), attributed to nitrate accumulation under continuous aeration conditions that limit denitrification. TP removal was low (6.54%), with a mean effluent concentration of 6.42 mg/L, exceeding the limits set for sensitive receiving bodies (≤2 mg/L). Overall, the system produces effluent fully suitable for discharge to non-sensitive receiving bodies, meeting Greek legislative standards (Joint Ministerial Decision 5673/400/1997) for BOD₅, COD, TSS and pH, while further treatment for TN and TP is required for discharge to sensitive bodies or water reuse applications. Continuous artificial aeration proved to be a key operational parameter enhancing nitrification and organic matter removal, while the use of biochar in unit C showed a positive effect on effluent quality.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Κωνσταντίνου Ζαχαρόπουλου

με θέμα

Από Πρωτείνες σε Νευρώνες : Τοπολογίες Βιολογικών Δικτύων για Νευροεξέλιξη

From Proteins to Neurons: Biological Network Topologies for Neuroevolution

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Σωτήριος Ιωαννίδης (επιβλέπων)
Καθηγητής Μιχαήλ Ζερβάκης 
Δρ. Ιωάννης Αραπάκης (Telefonica Scientific Research)

Περίληψη

Η Φυσική Υπολογιστική (Natural Computing) αποτελεί ένα διεπιστημονικό πεδίο που αντλεί έμπνευση από βιολογικές, φυσικές και εξελικτικές διεργασίες με σκοπό την ανάπτυξη μοντέλων Μηχανικής Μάθησης (Machine Learning – ML). Στο πλαίσιο αυτό, οι εξελικτικοί αλγόριθμοι και τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα έχουν αναδείξει ότι δομές που βρίσκονται στη φύση, μπορούν να δημιουργήσουν αποτελεσματικά υπολογιστικά μοντέλα για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει ένα βιολογικά θεμελιωμένο νευροεξελικτικό αλγόριθμο, στο οποίο οι αρχιτεκτονικές Δικτύων Γραφικών Νευρώνων (Graph Neural Networks – GNNs) δημιουργούνται αξιοποιώντας πραγματικά δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (Protein–Protein Interaction – PPI), προερχόμενα από οργανισμούς όπως o ζυμομύκητας , ο ποντικός και ο άνθρωπος. Στην προτεινόμενη προσέγγιση, οι νευρώνες αντιστοιχίζονται σε πρωτεϊνικές οντότητες, ενώ η συναπτική συνδεσιμότητα περιορίζεται από τις πειραματικά τεκμηριωμένες αλληλεπιδράσεις που παρατηρούνται στα γνωστά δίκτυα PPI. Ως αποτέλεσμα, οι αρχικές νευρωνικές τοπολογίες κληρονομούν χαρακτηριστικά που συναντώνται στα δίκτυα PPI, όπως η διάσπαρτη συνδεσιμότητα, η τμηματική οργάνωση και τα πολύπλοκα πρότυπα αλληλεπίδρασης. Σε αντίθεση με τα συμβατικά GNNs, τα οποία εκπαιδεύονται αποκλειστικά μέσω βελτιστοποίησης βασισμένης στην οπισθοδιάδοση σφάλματος και σε μεθόδους κλίσης (gradient-based  optimization),  το  προτεινόμενο  πλαίσιο  υλοποιεί  πληθυσμιακή  εξελικτική βελτιστοποίηση μέσω βιολογικά εμπνευσμένων μηχανισμών μετάλλαξης, επιλογής και προσαρμογής της τοπολογίας. Το σύστημα υποστηρίζει τόσο την εξέλιξη των παραμέτρων όσο και τη δομική τροποποίηση του νευρωνικού δικτύου, επιτρέποντας τη δυναμική προσαρμογή του κατά τη διάρκεια διαδοχικών γενεών. Το προτεινόμενο πλαίσιο αξιολογείται σε προβλήματα ταξινόμησης κόμβων (node classification) και παλινδρόμησης (regression), χρησιμοποιώντας καθιερωμένα σύνολα δεδομένων αναφοράς για γράφους, με στόχο να διερευνηθεί κατά πόσο οι δομές συνδεσιμότητας που προέρχονται από βιολογικά δίκτυα μπορούν να λειτουργήσουν ως αποτελεσματικές επαγωγικές παραδοχές (inductive priors) για τη νευρωνική υπολογιστική. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση των ειδικά διαμορφωμένων τοπολογιών αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών κάθε οργανισμού στη μαθησιακή συμπεριφορά, στη δυναμική σύγκλισης, στη δομική ποικιλότητα και στην εξελικτική προσαρμογή του συστήματος, προκειμένου να αξιολογηθούν η ευρωστία και η επεκτασιμότητά του. Τα πειραματικά αποτελέσματα αναδεικνύουν τη σκοπιμότητα ενσωμάτωσης βιολογικών δικτύων αλληλεπιδράσεων σε συστήματα μάθησης επί γράφων, αποδεικνύοντας ότι οι νευρωνικές αρχιτεκτονικές που καθοδηγούνται από δίκτυα PPI αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη ερευνητική κατεύθυνση στον χώρο της Φυσικής Υπολογιστικής και της βιολογικά εμπνευσμένης Τεχνητής Νοημοσύνης.

Abstract

Natural computing is an interdisciplinary field inspired by biological, physical, and evolutionary processes in order to develop MachineLearning (ML) models. Within this domain, evolutionary algorithms and artificial neural networks have shown that naturally occurring structures can provide effective models for solving complex learning tasks. This thesis introduces a biologically grounded neuroevolutionary framework in which graph neural network (GNN) architectures are generated using real-world protein-protein interaction (PPI) networks derived from species including yeast, mouse, and human. In the proposed approach, neurons are associated with protein entities, while synaptic connectivity is constrained by experimentally observed in known PPI networks. Consequently, initialized neural topologies inherit the structural characteristics observed in PPI networks, such as sparse connectivity, modular organization, and complex interaction patterns. Unlike conventional GNNs trained through gradient-based optimization alone, the proposed framework performs population-based evolutionary optimization through biologically inspired mutation, selection, and topology adaptation. The system supports both parameter evolution and structural neural modification, enabling dynamic adaptation over successive generations. The framework is evaluated on both node classification and regression tasks using established graph benchmark datasets in order to investigate whether biologically derived connectivity structures can function as effective inductive priors for neural computation. The influence of species-specific protein interaction topologies on learning behavior, convergence dynamics, structural diversity, and evolutionary adaptation is also examined in order to ensure robustness and scalability. Experimental results showcase the feasibility of integrating biological interaction networks into graph learning systems, therefore proving that PPI-guided neural architectures present a promising research direction within Natural Computing and biologically inspired artificial intelligence.

Meetin ID: 974 2132 5729
Password: 592185

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Κωνσταντίνου Πεσλή

με θέμα

Πολυτροπική Κατάτμηση Εγκεφάλου με χρήση Βαθιάς Μάθησης
Multimodal Brain Tumor Segmentation with Deep Learning Techniques

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Μιχαήλ Ζερβάκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευριπίδης Πετράκης 
Δρ Ελευθερία Σεργάκη 

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αυτόματη τμηματοποίηση εγκεφαλικών όγκων από πολυτροπικές εικόνες μαγνητικής τομογραφίας (MRI) με χρήση τεχνικών βαθιάς μάθησης. Η ακριβής τμηματοποίηση των υποπεριοχών ενός όγκου αποτελεί κρίσιμο βήμα για τη διάγνωση, τον σχεδιασμό θεραπείας και την παρακολούθηση της εξέλιξης της νόσου, ωστόσο η χειροκίνητη διαδικασία είναι ιδιαίτερα χρονοβόρα και παρουσιάζει σημαντική μεταβλητότητα μεταξύ διαφορετικών ειδικών.
Στο πλαίσιο της εργασίας χρησιμοποιήθηκε το σύνολο δεδομένων BraTS 2020 και υλοποιήθηκαν διαφορετικές αρχιτεκτονικές βασισμένες στο U-Net. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν και συγκρίθηκαν ένα βασικό 2D Shallow U-Net, καθώς και εκδόσεις του U-Net με encoders VGG-19, ResNet-50 και Inception V3. Επιπλέον, σχεδιάστηκε και αξιολογήθηκε ένα μοντέλο 3D U-Net με χρήση Conv3D επιπέδων, ώστε να αξιοποιηθεί η πλήρης τρισδιάστατη χωρική πληροφορία των δεδομένων MRI.
Η αξιολόγηση όλων των μοντέλων πραγματοποιήθηκε με 5-fold cross-validation, χρησιμοποιώντας ως κύρια μετρική τον Dice Similarity Coefficient για τις υποπεριοχές Whole Tumor (WT), Tumor Core (TC) και Enhancing Tumor (ET). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μεταξύ των δισδιάστατων μοντέλων η καλύτερη απόδοση επιτεύχθηκε από το Inception V3 U-Net, ενώ το 3D U-Net παρουσίασε τη συνολικά υψηλότερη ακρίβεια, επιτυγχάνοντας μέσες τιμές Dice 0.85 για τις περιοχές WT και TC και 0.79 για την περιοχή ET. Η εργασία καταδεικνύει τα σημαντικά πλεονεκτήματα των τρισδιάστατων αρχιτεκτονικών στην τμηματοποίηση ιατρικών εικόνων και συμβάλλει στη συγκριτική αξιολόγηση σύγχρονων προσεγγίσεων βαθιάς μάθησης για εφαρμογές νευροαπεικόνισης. 

Abstract 

This thesis investigates the automatic segmentation of brain tumors from multimodal Magnetic Resonance Imaging (MRI) scans using deep learning techniques. Accurate segmentation of tumor subregions is a critical step in diagnosis, treatment planning, and disease monitoring. However, manual segmentation is a time-consuming process and is subject to considerable inter-observer variability among medical experts.
In this study, the BraTS 2020 dataset was utilized, and several U-Net-based architectures were implemented and evaluated. Specifically, a baseline 2D Shallow U-Net was developed and compared with U-Net models employing VGG19, ResNet50, and InceptionV3 as encoder backbones. Furthermore, a 3D U-Net model incorporating Conv3D layers was designed and assessed in order to exploit the full three-dimensional spatial information available in MRI volumes.
The performance of all models was evaluated using 5-fold cross-validation, with the Dice Similarity Coefficient serving as the primary evaluation metric for the Whole Tumor (WT), Tumor Core (TC), and Enhancing Tumor (ET) regions. The experimental results demonstrated that, among the two-dimensional models, the InceptionV3 U-Net achieved the best overall performance. However, the 3D U-Net outperformed all other architectures, achieving mean Dice scores of 0.85 for the WT and TC regions and 0.79 for the ET region. These findings highlight the significant advantages of three-dimensional deep learning architectures for medical image segmentation and contribute to the comparative evaluation of modern deep learning approaches for neuroimaging applications.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ελεωνόρας Βλάσση

με θέμα

Μελέτη Μεταβατικής Συμπεριφοράς Συστημάτων Γείωσης
Transient Behaviour of Grounding Systems

Εξεταστική Επιτροπή

Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης 
Αναπληρωτής Καθηγητής Θωμάς Τσοβίλης (ΑΠΘ, Τμήμα ΗΜΜΥ)

Περίληψη

Στις σύγχρονες ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, τα συστήματα γείωσης αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα μέσα προστασίας έναντι υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνικά πλήγματα. Βασικός σκοπός τους είναι η ασφαλής διοχέτευση των ηλεκτρικών ρευμάτων στο έδαφος, εξασφαλίζοντας την προστασία τόσο του προσωπικού όσο και του εξοπλισμού. Ωστόσο, η συμπεριφορά των συστημάτων γείωσης υπό μεταβατικές συνθήκες επηρεάζεται από φυσικές και γεωμετρικές παραμέτρους, όπως η ειδική αντίσταση του εδάφους, η γεωμετρία του πλέγματος γείωσης και ο ιονισμός του εδάφους.
Ο ιονισμός του εδάφους μπορεί να επηρεάσει τη μέγιστη ανύψωση δυναμικού γης (Ground Potential Rise – GPR) που αναπτύσσεται γύρω από τις ράβδους γείωσης, επιδρώντας άμεσα στις τάσεις επαφής και βηματισμού, καθώς και στην ηλεκτρική καταπόνηση του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.
Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τη μεταβατική συμπεριφορά συστημάτων γείωσης που υποβάλλονται σε κεραυνικά πλήγματα, λαμβάνοντας υπόψη τον ιονισμό του εδάφους και τη θεωρία της ενεργού επιφάνειας του Grcev, η οποία περιγράφει τα τμήματα του πλέγματος γείωσης που συμμετέχουν αποτελεσματικά στη διάχυση των υψίσυχνων κεραυνικών ρευμάτων.
Για την ανάλυση και την προσομοίωση του συστήματος χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά MATLAB και ATP-EMTP. Παράλληλα, εξετάστηκε η επίδραση παραμέτρων όπως ο χρόνος μετώπου του κεραυνικού ρεύματος, η γεωμετρία του πλέγματος, τα χαρακτηριστικά του εδάφους και το σημείο έγχυσης του ρεύματος στη μεταβατική απόκριση του συστήματος γείωσης.

Abstract

In modern electrical installations, grounding systems constitute one of the most important means of protection against overvoltages caused by lightning strikes. The primary purpose of grounding systems is the safe dissipation of currents into earth, ensuring the protection of both personnel and equipment. However, the behavior of grounding systems under transient conditions is influenced by physical and geometrical parameters such as soil resistivity, grid geometry and soil ionization.
Soil ionization can affect the maximum Ground Potential Rise (GPR) developed around grounding rods, directly influencing touch and step voltages, as well as the electrical stress imposed on electrical equipment.
This thesis investigates the transient behavior of grounding systems subjected to lightning strikes, taking into account soil ionization and Grcev’s effective area theory which represents the parts of the grounding grid that effectively participate in the dissipation of high frequency lightning currents.
MATLAB and ATP-EMTP were used for the analysis and simulation of the system , while observing the influence of parameters such as lightning front time, grid geometry, soil characteristics and current injection point have on the transient response of the grounding system.

Αναγνωριστικό σύσκεψης: 311 884 261 069 439
Κωδικός πρόσβασης: MW6NY3yM

 
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Νικολάου Κουρσιούμη

με θέμα

Διεύρυνση του Ρυθμού Ροής Πληροφορίας σε Συζευγμένα Στοχαστικά Συστήματα με Ταλαντώσεις

Investigations of Information Flow Rate in Coupled Oscillating Stochastic Systems

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Διονύσιος Χριστόπουλος (επιβλέπων)
Καθηγητής Γεώργιος Καρυστινός
Καθηγητής Αθανάσιος Λιάβας

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τον ρυθμό ροής πληροφορίας σε συζευγμένα στοχαστικά συστήματα ταλαντωτών, εντός του φορμαλισμού ροής πληροφορίας του Liang. Ο φορμαλισμός αυτός θεωρεί την αιτιότητα στα πλαίσια ενός αυστηρά ορισμένου μαθηματικού πλαισίου το οποίο στηρίζεται στην  περιθώρια εντροπία των μονάδων ενός συστήματος και τον κατευθυντικό ρυθμό μεταβολής της. Εφαρμόζουμε τον φορμαλισμό του Liang σε τρεις τοπολογίες συζευγμένων στοχαστικών ταλαντωτών που περιλαμβάνουν αμφίδρομη σύζευξη με ασύμμετρη διέγερση, αμφίδρομη σύζευξη με παράλληλη διέγερση και κατευθυντική σύζευξη με παράλληλη διέγερση. Για κάθε περίπτωση εξάγονται ακριβείς, κλειστές αναλυτικές εκφράσεις της αιτιακής ροής πληροφορίας οι οποίες προκύπτουν από τη στάσιμη εξίσωση Lyapunov για το συζευγμένο στοχαστικό σύστημα.
Κεντρικό αναλυτικό αποτέλεσμα της εργασίας είναι η ανάδειξη του καθολικού άνω φράγματος (και για τις τρεις τοπολογίες) για τον ρυθμό ροής πληροφορίας, το οποίο προκύπτει από την εξίσωση T = c/m, όπου c είναι η σταθερά απόσβεσης και m  η μάζα του δέκτη. Το φράγμα αυτό σχετίζεται άμεσα με το Θεώρημα Διακύμανσης–Απαγωγής (Fluctuation Dissipation Theorem). Αποδεικνύουμε ότι το όριο αυτό εμφανίζεται σε διαφορετικές οριακές καταστάσεις —τόσο σε αμφίδρομα όσο και σε κατευθυντικά συζευγμένα συστήματα υπό παράλληλη στοχαστική διέγερση— ως ένα άνω φράγμα ανεξάρτητο της τοπολογίας.  Στο όριο μηδενικής απόσβεσης (c₁ = c₂ = 0) αποδεικνύουμε ότι θεμελιώνεται το φαινόμενο αραίωσης της πληροφορίας, δηλαδή ότι ο ρυθμός ροής της πληροφορίας μεταβάλλεται αντίστροφα ανάλογα του χρόνου. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί άμεση συνέπεια της διατήρησης του όγκου ενός συστήματος στον χώρο των φάσεων (σύμφωνα με το θεώρημα Liouville). Τέλος, εισάγουμε το φαινόμενο του αιτιακού συντονισμού: η βέλτιστη μεταφορά πληροφορίας δεν επιτυγχάνεται μεταξύ ταυτόσημων ταλαντωτών, αλλά όταν οι ιδιοσυχνότητες των δύο ταλαντωτών διαφέρουν σύμφωνα με μία κλειστής μορφής έκφραση που περιλαμβάνει τις χαρακτηριστικές σταθερές των ταλαντωτών και μηδενίζεται όταν οι αποσβέσεις τους συμπίπτουν.  Αποδεικνύουμε ότι το φαινόμενο αυτό παρατηρείται λόγω της φασματικής επικάλυψης των ταλαντωτών που επιβάλλει η ασύμμετρη απόσβεση.
Οι παραπάνω αναλυτικές προβλέψεις επικυρώνονται αριθμητικά χρησιμοποιώντας αριθμητική εκτίμηση της ροής πληροφορίας κατά Liang, χρησιμοποιώντας την Εκτιμήτρια βάσει Ομάδας Lie (ΕΟL). Με τον τρόπο αυτό αποδεικνύουμε ότι ισχύει το φαινόμενο της αραίωσης της πληροφορίας και το φαινόμενο του αιτιακού συντονισμού.  Επιπλέον επιβεβαιώσαμε για διάφορα σενάρια ότι τα αναλυτικά αποτελέσματα συμφωνούν με τα αριθμητικά.  Σημειώνεται ότι τα αναλυτικά αποτελέσματα επανακτώνται αριθμητικά ακόμα και όταν είναι άμεσα μετρήσιμες μόνο οι θέσεις των ταλαντωτών ενώ οι ταχύτητες ανακατασκευάζονται αριθμητικά από αυτές. Επίσης με τα αριθμητικά αποτελέσματα επιβεβαιώνεται η μηδενική ανάστροφη ροή σε περίπτωση μονόδρομης κατευθυντικής σύζευξης. Τέλος, σημαντικό αποτέλεσμα της παρούσας διπλωματικής αποτελεί ότι σε συστήματα συζευγμένων ταλαντωτών η ροή πληροφορίας προκύπτει μηδενική αν χρησιμοποιηθούν αποκλειστικά οι χρονοσειρές θέσης, χωρίς να αναλυθούν και οι ταχύτητες των ταλαντωτών. 

Λέξεις-κλειδιά: ροή πληροφορίας, αιτιότητα, στοχαστικοί ταλαντωτές, εξίσωση Lyapunov, Θεώρημα Διακύμανσης–Απαγωγής, Εκτιμήτρια Ομάδας Lie, αιτιακός συντονισμός, φαινόμενο αραίωσης.

Abstract 
This thesis studies the rate of information flow in coupled stochastic oscillator systems, within Liang's infor-mation flow formalism. This formalism treats causality within a rigorously defined mathematical framework based on the marginal entropy of a system's units and its directional rate of change. We apply Liang's formalism to three topologies of coupled stochastic oscillators, comprising bidirectional coupling with asymmetric excita-tion, bidirectional coupling with parallel excitation, and directional coupling with parallel excitation. For each case, exact, closed-form analytical expressions of the causal information flow are derived, arising from the sta-tionary Lyapunov equation for the coupled stochastic system.
A central analytical result of this work is the identification of a universal upper bound (valid for all three topol-ogies) on the rate of information flow, given by the equation T = c/m, where c is the damping constant and m is the mass of the receiver. This bound is directly related to the Fluctuation–Dissipation Theorem. We prove that this limit appears under different limiting conditions —both in bidirectionally and directionally coupled systems under parallel stochastic excitation— as a topology-independent upper bound. In the limit of zero damping (c₁ = c₂ = 0), we prove that the information dilution phenomenon is established, i.e., that the rate of information flow varies inversely with time. This phenomenon is a direct consequence of the conservation of phase-space volume of a system (in accordance with Liouville's theorem). Finally, we introduce the phenomenon of causal reso-nance: optimal information transfer is not achieved between identical oscillators, but rather when the natural frequencies of the two oscillators differ according to a closed-form expression involving the characteristic con-stants of the oscillators, which vanishes when their damping coefficients coincide. We prove that this phenome-non is observed due to the spectral overlap of the oscillators imposed by the asymmetric damping.
The above analytical predictions are validated numerically using a numerical estimation of Liang information flow, employing the Lie Group Estimator (LGE). In this way, we demonstrate that the information dilution phenomenon and the causal resonance phenomenon hold. Furthermore, we confirmed for various scenarios that the analytical results agree with the numerical ones. It is noted that the analytical results are recovered numeri-cally even when only the positions of the oscillators are directly measurable, while the velocities are numerically reconstructed from them. Additionally, the numerical results confirm the zero-reverse flow in the case of one-way directional coupling. Finally, an important result of this thesis is that in systems of coupled oscillators, the information flow is found to be zero if only the position time series are used, without also analyzing the veloci-ties of the oscillators.
Keywords: information flow, causality, stochastic oscillators, Lyapunov equation, Fluctuation–Dissipation Theorem, Lie Group Estimator, causal resonance, dilution phenomenon.
 

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Νικολάου Γκότη

με θέμα

Βελτιστοποίηση Bayes για την εκτίμηση του πυρήνα συνδιασποράς σε Γκαουσσιανές Στοχαστικές Διαδικασίες

Bayesian Optimization for Covariance Kernel Estimation of Gaussian Processes

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Διονύσιος Χριστόπουλος (επιβλέπων)
Καθηγητής Αθανάσιος Λιάβας
Καθηγητής Θρασύβουλος Σπυρόπουλος

Περίληψη

Η Μπεϋζιανή Βελτιστοποίηση (BO) έχει αναδειχθεί ως μια ισχυρή μέθοδος για τη βελτιστοποίηση συναρτήσεων κόστους τύπου «μαύρου κουτιού» και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών και μηχανικών πεδίων. Η ικανότητά της να εξισορροπεί αποτελεσματικά την εξερεύνηση και την εκμετάλλευση την καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλη για προβλήματα στα οποία οι υπολογισμοί της συνάρτησης είναι υπολογιστικά δαπανηρές και στα οποία δεν είναι διαθέσιμη η συνάρτηση κλίσης.
Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά την εφαρμογή της Μπεϋζιανής Βελτιστοποίησης στην εκτίμηση των συναρτήσεων του πυρήνα συνδιασποράς και των αντίστοιχων υπερπαραμέτρων τους σε Γκαουσσιανές Στοχαστικές Διαδικασίες (GPs). 
Δεδομένου ότι η απόδοση προβλέψεων μιας Γκαουσσιανής Διαδικασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή του πυρήνα και των παραμέτρων του, η ακριβής εκτίμηση του πυρήνα αποτελεί θεμελιώδη πρόκληση στη μηχανική μάθηση και στη στατιστική μοντελοποίηση.
Η εργασία παρουσιάζει ένα ολοκληρωμένο θεωρητικό μαθηματικό υπόβαθρο, το οποίο περιέχει τις Γκαουσσιανές Διαδικασίες, τους πυρήνες συνδιακύμανσης, τη Μπεϋζιανή συμπερασματολογία, τη μοντελοποίηση με υποκατάστατα μοντέλα και τις συναρτήσεις απόκτησης. 
Η μαθηματική διατύπωση της Μπεϋζιανής Βελτιστοποίηση αναπτύσσεται λεπτομερώς, αναδεικνύοντας το πιθανοτικό της πλαίσιο, τις ιδιότητες σύγκλισης και τις θεμελιώσεις της στη θεωρία αποφάσεων. Εξετάζονται αρκετές ευρέως χρησιμοποιούμενες συναρτήσεις πυρήνα, συμπεριλαμβανομένων των πυρήνων Ακτινικής Βάσης (RBF), καθώς και συναρτήσεις Matérn και ρητές τετραγωνικές μορφές και η επίδρασή αυτών στη συμπεριφορά και την απόδοση των Γκαουσσιανών Διαδικασιών.
Για την ανάδειξη της αποτελεσματικότητας της προτεινόμενης προσέγγισης, η Μπεϋζιανή Βελτιστοποίηση εφαρμόζεται σε προβλήματα εκτίμησης υπερπαραμέτρων πυρήνα Γκαουσσιανών διαδικασιών καθώς και στην βελτιστοποίηση αιτιοκρατικών συναρτήσεων, συμπεριλαμβανομένης της συνάρτησης Ackley. Πραγματοποιούνται συγκριτικές αναλύσεις με εναλλακτικές τεχνικές βελτιστοποίησης, με στόχο την αξιολόγηση της απόδοσης, της ευρωστίας και της υπολογιστικής αποδοτικότητας. Επιπλέον, η μεθοδολογία επεκτείνεται στην εκτίμηση υπερπαραμέτρων του μοντέλου Στοχαστικής Τοπικής Αλληλεπίδρασης (SLI), καταδεικνύοντας την εφαρμοσιμότητά της σε προχωρημένα προβλήματα χωρικής και στατιστικής μοντελοποίησης.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η Μπεϋζιανή Βελτιστοποίηση παρέχει ένα αποτελεσματικό και υπολογιστικά αποδοτικό πλαίσιο για την εκτίμηση των υπερπαραμέτρων διαφορετικών μοντέλων, προσφέροντας σημαντικά πλεονεκτήματα στην πλοήγηση σύνθετων, πολυτροπικών παραμετρικών χώρων. Η εργασία ολοκληρώνεται με συζήτηση πρακτικών εφαρμογών σε μακροσκοπικά και μικροσκοπικά μοντέλα, των περιορισμών και των πιθανών κατευθύνσεων για μελλοντική έρευνα στη μηχανική μάθηση, τη χωρική στατιστική και την τεχνητή νοημοσύνη.

Abstract 

Bayesian Optimization (BO) has emerged as a powerful framework for the optimization of expensive, black-box objective functions and has been successfully applied across a wide range of scientific and engineering domains. Its ability to efficiently balance exploration and exploitation makes it particularly suitable for problems where function evaluations are computationally costly and gradient information is unavailable.
This thesis investigates the application of Bayesian Optimization to the estimation of covariance kernel functions and their associated hyperparameters in Gaussian Processes (GPs). Since the predictive performance of a Gaussian Process depends critically on the choice of kernel and its parameters, accurate kernel estimation constitutes a fundamental challenge in probabilistic machine learning and statistical modeling.
This thesis presents a comprehensive theoretical foundation, covering Gaussian Processes, covariance kernels, Bayesian inference, surrogate modelling, and acquisition functions. The mathematical formulation of Bayesian Optimization is presented in detail, highlighting its probabilistic nature, convergence properties, and decision-based foundations. Several commonly used kernel functions, including the Radial Basis Function (RBF), the Matérn kernel function family, and the Rational Quadratic kernels, are examined alongside their influence on Gaussian Process behavior and performance.
To demonstrate the effectiveness of the proposed approach, Bayesian Optimization is applied to kernel hyperparameter estimation problems and benchmark optimization tasks, including the optimization of the Ackley function. Comparative analyses with alternative optimization techniques are conducted to evaluate performance, robustness, and computational efficiency. Furthermore, the methodology is extended to the estimation of kernel hyperparameters within the Stochastic Local Interaction (SLI) model, illustrating its applicability to advanced spatial and statistical modelling problems as well.
The results demonstrate that Bayesian Optimization provides an effective and sample-efficient framework for kernel estimation, offering significant advantages in navigating complex, multimodal parameter spaces. The thesis concludes with a discussion of practical applications, limitations, and potential directions for future research in machine learning, spatial statistics, and artificial intelligence.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ευαγγέλου Νικολόπουλου

με θέμα

Πρωτόκολλα Συγχρονισμού βάσει Δεδομένων για Παραλληλία Μοντέλου στη Νευρωνική Μάθηση πάνω σε Ροές Δεδομένων

Data-Driven Synchronization Protocols for Model-Parallel Neural Learning

Εξεταστική Επιτροπή

Αναπληρωτής Καθηγητής Νικόλαος Γιατράκος (επιβλέπων)
Καθηγητής Αντώνιος Δεληγιαννάκης
Καθηγητής Μιχαήλ Γ. Λαγουδάκης

Περίληψη

Η διαρκώς αυξανόμενη κλίμακα των αρχιτεκτονικών νευρωνικών δικτύων, καθώς και ο όγκος των δεδομένων που απαιτείται για την εκπαίδευσή τους, έχουν καταστήσει την εκπαίδευση σε μία μόνο συσκευή ολοένα και πιο ανέφικτη, επιβάλλοντας την υιοθέτηση κατανεμημένων στρατηγικών για την κάλυψη των κλιμακούμενων υπολογιστικών απαιτήσεων. Μεταξύ αυτών, οι προσεγγίσεις παραλληλισμού δεδομένων (data parallel) έχουν αναδειχθεί ως μια πρακτική λύση για τη διαχείριση μεγάλων συνόλων δεδομένων, αναπαράγοντας το μοντέλο σε πολλαπλούς κόμβους εργασίας (workers), εκπαιδεύοντας τον καθένα σε μια ξένη (disjoint) κατάτμηση των δεδομένων και συναθροίζοντας τις προκύπτουσες ενημερώσεις. Αν και αποτελεσματική για μοντέλα μέτριου μεγέθους, η προσέγγιση αυτή καθίσταται ακατάλληλη για μεγάλες αρχιτεκτονικές, όπου οι επιμέρους κόμβοι εργασίας δεν μπορούν να χωρέσουν ολόκληρο το μοντέλο στη διαθέσιμη μνήμη τους. Οι προσεγγίσεις παραλληλισμού μοντέλου (model parallel) αντιμετωπίζουν αυτόν τον περιορισμό κατανέμοντας τμήματα της αρχιτεκτονικής του μοντέλου στους κόμβους εργασίας. Ωστόσο, αυτό εισάγει τις δικές του προκλήσεις: την επιβάρυνση της επικοινωνίας μεταξύ των συσκευών που απαιτείται για την προώθηση των τανυστών, καθώς και την αύξηση του χρόνου εκπαίδευσης που προέρχεται από περιορισμούς σε επίπεδο πλαισίου (framework), όπως οι μεταφορές τανυστών από CPU σε GPU, η καθυστέρηση του δικτύου (network latency) και η σειριοποίηση και αποσειριοποίηση των τανυστών.
Η παρούσα διπλωματική εργασία εισάγει νέα πρωτόκολλα συγχρονισμού για την εκπαίδευση με παραλληλισμό μοντέλου, τα οποία αντιμετωπίζουν αυτές τις αναποτελεσματικότητες μέσω μιας σειράς αλγορίθμων παρακολούθησης και πρόβλεψης παραμέτρων. Παρακολουθώντας τοπικά το ιστορικό εκπαίδευσης κάθε κόμβου εργασίας, τα προτεινόμενα πρωτόκολλα επιτρέπουν την πρόβλεψη των μελλοντικών καταστάσεων των παραμέτρων, χωρίς να απαιτούνται πλήρη βήματα διαδικτυακής (online) εκπαίδευσης. Τα μοντέλα πρόβλεψης επιλέχθηκαν σκόπιμα ώστε να αποφεύγονται δαπανηροί υπολογισμοί, όπως η παραγώγιση (gradient derivation), διασφαλίζοντας ότι η επιβάρυνση που εισάγει η διαδικασία πρόβλεψης δεν επηρεάζει αρνητικά την ακρίβεια του μοντέλου.
Η πειραματική μας αξιολόγηση δείχνει ότι τα νέα πρωτόκολλα συγχρονισμού μπορούν να προσφέρουν έως και 27 φορές μειωμένη επικοινωνία και 5 φορές επιτάχυνση του χρόνου εκπαίδευσης, με μόλις 10% πτώση της ακρίβειας σε σύγκριση με τις απλές (vanilla) εναλλακτικές παραλληλισμού μοντέλου.

Abstract 

The growing scale of neural network architectures, and the data volumes required to train them, have made single-device training increasingly unfeasible, compelling the adoption of distributed strategies to meet escalating computational demands. Among these, data parallel approaches have emerged as a practical solution for handling large datasets by replicating the model across multiple workers, training each on a disjoint partition of the data, and aggregating the resulting updates. While effective for mod- erately sized models, this approach becomes unsuitable for large architectures where individual workers cannot accommodate the full model within their available memory. Model parallel approaches address this constraint by distributing portions of the model architecture across workers. However, this introduces its own challenges: inter-device communication overhead required for tensor forwarding, and increased training time stemming from framework-level limitations such as CPU-to-GPU tensor transfers, network latency, and tensor serialization and deserialization. This thesis introduces novel synchronization protocols for model parallel training that address these inefficiencies through a suite of parameter monitoring and prediction algorithms. By locally tracking each worker’s past training history, the proposed protocols enable predictions of future parameter states without requiring full online training steps. The prediction models were deliberately chosen to avoid computationally expensive operations such as gradient derivation, ensuring that the overhead introduced by the prediction process does not offset the efficiency gains achieved.
Our experimental evaluation shows that our novel synchronization protocols can provide up to 27 times reduced communication, 5 times training time speed up with only 10% accuracy drop compared to vanilla model parallel alternatives.

 ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Θεοδώρου – Χριστοφόρου Κουτσαβδή 

με θέμα

Εφαρμογή Κατάρτισης του Ωρολογίου Προγράμματος Μαθημάτων του Πολυτεχνείου Κρήτης
An Application for Technical University of Crete Class Schedule

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Γεώργιος Καρυστινός (επιβλέπων)
Καθηγητής Μιχαήλ Γ. Λαγουδάκης 
Αναπληρωτής Καθηγητής Νικόλαος Γιατράκος 

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας διαδικτυακής εφαρμογής για την κατάρτιση του ωρολογίου προγράμματος μαθημάτων στο Πολυτεχνείο Κρήτης. Κύριος στόχος της εφαρμογής είναι η αυτοματοποίηση της διαδικασίας δημιουργίας του ωρολογίου προγράμματος, μειώνοντας τον απαιτούμενο χρόνο και διευκολύνοντας το έργο του προσωπικού του ιδρύματος. 
Η εφαρμογή αναπτύχθηκε με τη χρήση τεχνολογιών full-stack, όπως το Angular για το frontend, το Express.js για το backend, και η βάση δεδομένων PostgreSQL. Βασικό χαρακτηριστικό της αποτελεί ο εξειδικευμένος αλγόριθμος που αναπτύχθηκε για την αυτόματη ανάθεση των μαθημάτων στις κατάλληλες αίθουσες, με βάση τις προτιμήσεις, την ημέρα, και την ώρα. Επιπλέον, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην ασφάλεια της εφαρμογής, αξιοποιώντας τεχνολογίες όπως το bcrypt για την ασφαλή διαχείριση των κωδικών πρόσβασης και τα JSON Web Tokens για την αυθεντικοποίηση και την εξουσιοδότηση των χρηστών. 
Το αποτέλεσμα είναι μια εύχρηστη και ασφαλής εφαρμογή, η οποία μπορεί εύκολα να αναβαθμιστεί και να συντηρηθεί, παρέχοντας ουσιαστική υποστήριξη στη διαχείριση του ωρολογίου προγράμματος εξαμήνου στο Πολυτεχνείο Κρήτης.

Abstract 

This thesis is on the design and development of a web application for course scheduling at the Technical University of Crete. The main objective of the application is to automate the process of creating the timetable, reducing the time required, and facilitating the work of the institution's staff.
The application was developed using full-stack technologies, such as Angular on the frontend, Express.js on the backend, and the PostgreSQL database. A key feature is the special algorithm developed to automatically assign courses to the appropriate classrooms based on preferences, day, and time. In addition, particular emphasis was placed on the security of the application, utilizing technologies such as bcrypt for secure password management and JSON Web Tokens for user authentication and authorization. 
The result is an easy to use and secure application that can be easily upgraded and maintained, providing substantial assistance in managing the semester timetable at the Technical University of Crete.

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Καλημέρης Γεώργιος

Α.Μ.: 2017050097

Ημερομηνία Παρουσίασης: 20-7-2026

Ώρα: 12:00

Αίθουσα: https://tuc-gr.zoom.us/j/92103088344?pwd=TxabWmWvc1dGSF3jjwt3bIXq2yfEcO.1

Θέμα ΔE «Στατιστική ανάλυση της ρύπανσης από πλαστικά και των περιβαλλοντικών συνέπειών της»

Title «Statistical analysis of plastic pollution and its environmental consequences»

Επιβλέπων: Δάρας Τρύφων

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1 Δάρας Τρύφων ………………

2 Μανουσάκης Αντώνης, αναπ. καθηγητής ΧΗΜΗΠΕΡ………………..

3 Ζακυνθινάκη Μαρία, ΕΛΜΕΠΑ ......……..

Περίληψη:

Η παρούσα εργασία εξετάζει το φαινόμενο της πλαστικής ρύπανσης ως ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της σύγχρονης εποχής. Αρχικά, αναλύεται η έννοια του πλαστικού, η ιστορική του εξέλιξη, οι βασικοί τύποι του και οι κυριότερες χρήσεις του στη βιομηχανία, στην ιατρική, στην τεχνολογία, στις συσκευασίες και στην καθημερινή ζωή. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η αύξηση της παγκόσμιας παραγωγής πλαστικών, οι βασικές πηγές πλαστικής ρύπανσης, οι κατηγορίες πλαστικών αποβλήτων και ο μακρύς χρόνος αποσύνθεσής τους, στοιχεία που καθιστούν το πρόβλημα ιδιαίτερα επίμονο και πολυδιάστατο. Παράλληλα, αναδεικνύονται οι συνέπειες της πλαστικής ρύπανσης στο περιβάλλον, στον άνθρωπο και στα οικοσυστήματα, όπως η ρύπανση των θαλασσών και των χερσαίων περιοχών, η επιβάρυνση της βιοποικιλότητας, η είσοδος μικροπλαστικών στην τροφική αλυσίδα και οι επιπτώσεις στην υγεία και στην ποιότητα ζωής. Τέλος, εξετάζονται προτεινόμενες λύσεις, όπως η μείωση της χρήσης πλαστικών, η ανακύκλωση, η επαναχρησιμοποίηση, η ανάπτυξη βιοδιασπώμενων υλικών, η ενίσχυση της νομοθεσίας και η περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση.

Στο ερευνητικό μέρος ακολουθείται διατομεακή ανάλυση δευτερογενών δεδομένων με σκοπό τη διερεύνηση της σχέσης της παραγωγής πλαστικών αποβλήτων ανά κάτοικο με βασικούς κοινωνικοοικονομικούς και περιβαλλοντικούς δείκτες. Η στατιστική επεξεργασία πραγματοποιείται μέσω απλών και πολλαπλών γραμμικών παλινδρομήσεων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το ακαθάριστο εθνικό εισόδημα (GNI) αποτελεί τη σημαντικότερη μεταβλητή ερμηνείας της παραγωγής πλαστικών αποβλήτων ανά κάτοικο, εμφανίζοντας σταθερά θετική και στατιστικά σημαντική σχέση. Παράλληλα, σε επιμέρους μοντέλα θετική σχέση εμφανίζουν οι εκπομπές CO2 και η ενεργειακή χρήση, ενώ στο πολυπαραγοντικό μοντέλο οι περισσότερες υπόλοιπες μεταβλητές δεν παραμένουν στατιστικά σημαντικές. Συμπερασματικά, η εργασία δείχνει ότι η πλαστική ρύπανση συνδέεται στενά με το κυρίαρχο πρότυπο οικονομικής ανάπτυξης και κατανάλωσης και ότι η αποτελεσματική αντιμετώπισή της απαιτεί συνδυασμό πρόληψης, πολιτικών παρέμβασης, τεχνολογικής καινοτομίας και αλλαγής κοινωνικής συμπεριφοράς.

Abstract:

This thesis examines plastic pollution as one of the most significant environmental challenges of the contemporary era. First, it analyzes the concept of plastic, its historical evolution, its main types, and its major applications in industry, medicine, technology, packaging, and everyday life. It then presents the continuous increase in global plastic production, the main sources of plastic pollution, the categories of plastic waste, and the long decomposition period of plastics, all of which make the problem persistent and multidimensional. In addition, the study highlights the consequences of plastic pollution for the environment, human beings, and ecosystems, including marine and terrestrial contamination, pressure on biodiversity, the entry of microplastics into the food chain, and adverse effects on health and quality of life. Finally, it discusses proposed responses such as reducing plastic use, recycling, reuse, the development of biodegradable materials, stronger legislation, and environmental awareness.

The empirical part of the study is based on a cross-sectional analysis of secondary data in order to investigate the relationship between plastic waste generation per capita and key socioeconomic and environmental indicators. Statistical analysis is carried out through simple and multiple linear regressions. The findings show that gross national income (GNI) is the most important explanatory variable of plastic waste generation per capita, presenting a consistently positive and statistically significant relationship. In addition, CO2 emissions and energy use display positive associations in individual models, while in the multivariable model most of the remaining variables do not remain statistically significant. Overall, the study concludes that plastic pollution is closely linked to the dominant model of economic growth and consumption, and that its effective mitigation requires a combination of prevention, policy intervention, technological innovation, and changes in social behavior.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Νικολάου Μαλαμά

με θέμα

Ανάλυση και Βελτιστοποίηση της Παράλληλης Υπολογιστικής Απόδοσης Κώδικα Lattice-Boltzmann για Διφασική Ροή

Profiling and Parallel Performance Optimization of a Lattice-Boltzmann 2-phase Flow Simulator

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Αθανάσιος Λιάβας (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Βασίλειος Σαμολαδάς
Επίκουρος Καθηγητής Ανδρέας Γιώτης (ΕΜΠ, Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών – Μηχανικών Γεωπληροφορικής)

Περίληψη

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η υπολογιστική βελτιστοποίηση της παράλληλης έκδοσης ενός προσομοιωτή ροής που βασίζεται στη μέθοδο Lattice Boltzmann και χρησιμοποιείται κυρίως σε υπολογισμούς μεγάλης κλίμακας στη μελέτη της διφασικής ροής σε πορώδη μέσα. Με τη χρήση εργαλείων ανάλυσης επιδόσεων (profiling), εξετάζεται λεπτομερώς ο υπολογιστικός φόρτος που αντιστοιχεί τόσο στους βασικούς αριθμητικούς υπολογισμούς όσο και στις επικοινωνίες μεταξύ των διεργασιών, οι οποίες υλοποιούνται μέσω του προτύπου MPI, με στόχο τον εντοπισμό των σημείων συμφόρησης που επιβαρύνουν σημαντικά τον συνολικό χρόνο εκτέλεσης.
Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης, εφαρμόζεται μια σειρά βελτιώσεων στις διαδικασίες επικοινωνίας, οι οποίες αφορούν κυρίως τη συχνότητα των ανταλλαγών, το μέγεθος των μεταδιδόμενων μηνυμάτων και τον τύπο των χρησιμοποιούμενων λειτουργιών επικοινωνίας. Επιπροσθέτως, υιοθετούνται αποδοτικότερες τεχνικές προγραμματισμού για την προσπέλαση πολυδιάστατων μεταβλητών μέσα σε εμφωλευμένους βρόχους do, με στόχο τη βελτίωση της τοπικότητας των δεδομένων στη μνήμη cache και τον περιορισμό των δαπανηρών προσπελάσεων σε επίπεδα της ιεραρχίας μνήμης με μεγαλύτερο χρόνο απόκρισης.
Επιπλέον, πραγματοποιούνται εκτεταμένες βελτιώσεις στην υλοποίηση υπολογισμών κινητής υποδιαστολής, όπως εκθετικές πράξεις και πράξεις λογαρίθμων, ώστε να αξιοποιούνται αποτελεσματικότερα οι δυνατότητες σύγχρονων επεξεργαστών, όπως οι αρχιτεκτονικές AMD EPYC.
Τέλος, προτείνεται ένα υβριδικό σχήμα παραλληλοποίησης MPI+OpenMP, το οποίο αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποδοτικό, καθώς συνδυάζει τις βελτιστοποιημένες διακομβικές επικοινωνίες που παρέχει το MPI με την αποτελεσματική αξιοποίηση της κοινόχρηστης μνήμης και της ιεραρχίας της μνήμης cache μέσω του OpenMP εντός του ίδιου υπολογιστικού κόμβου. Η τελική υλοποίηση του κώδικα είναι σημαντικά αποδοτικότερη, επιτυγχάνοντας αξιοσημείωτη βελτίωση των επιδόσεων και εξαιρετική παράλληλη κλιμάκωση, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις εμφανίζεται υπεργραμμική καθώς αυξάνεται ο αριθμός των χρησιμοποιούμενων πυρήνων επεξεργασίας.

Abstract 

This diploma thesis investigates the computational optimization of the parallel version of a flow simulator based on the Lattice Boltzmann method, primarily employed in large-scale simulations of two-phase flow through porous media. Using performance-profiling tools, the computational workload associated with both the main numerical calculations and the communication between parallel processes, implemented using the MPI standard, is analysed in detail. The objective is to identify the computational and communication bottlenecks that contribute significantly to the overall execution time.
Based on the profiling results, a series of improvements is introduced into the communication procedures, primarily addressing the frequency of data exchanges, the size of the transmitted messages, and the type of communication operations employed. Additionally, more efficient programming techniques are adopted for accessing multidimensional variables within nested do-loops, with the aim of improving data locality in cache memory and reducing costly accesses to higher-latency levels of the memory hierarchy.
Furthermore, extensive optimizations are applied to the implementation of floating-point calculations, including exponential and logarithmic operations, to make more effective use of the capabilities of modern processors, such as AMD EPYC architectures.
Finally, a hybrid MPI+OpenMP parallelization scheme is proposed and shown to be particularly efficient. This approach combines the optimized inter-node communication provided by MPI with the effective utilization of shared memory and the cache hierarchy enabled by OpenMP within each individual computing node. The resulting code implementation is substantially more efficient, achieving significant performance improvements and excellent parallel scalability, with superlinear scaling observed in certain cases as the number of processing cores increases.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Παύλου Μπόγκνταν Ζούνιτς

με θέμα

Αξιολόγηση Τρισδιάστατων Μετασχηματιστών για Τμηματοποίηση Αντικειμένων

Evaluation of 3D Transformer Techniques for Object Segmentation

Εξεταστική Επιτροπή

Αναπληρωτής Καθηγητής Ευάγγελος Καλογεράκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Θρασύβουλος Σπυρόπουλος
Καθηγητής Μιχαήλ Γ. Λαγουδάκης

Περίληψη

Η τμηματοποίηση τρισδιάστατων αντικειμένων σε επιμέρους μέρη αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα της τρισδιάστατης μηχανικής όρασης, με εφαρμογές στη ρομποτική, το CAD, το animation και την επαυξημένη πραγματικότητα. Πολλές υπάρχουσες μέθοδοι βασίζονται σε προκαθορισμένες semantic labels, γεγονός που περιορίζει την ευελιξία τους όταν απαιτείται η τμηματοποίηση αυθαίρετων ή άγνωστων τμημάτων ενός αντικειμένου. Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά την υλοποίηση και αξιολόγηση ενός native 3D point-promptable part segmentation συστήματος, εμπνευσμένο από το P3-SAM, το οποίο δέχεται ένα point prompt και προβλέπει τη binary mask του αντίστοιχου object part. Η εκπαίδευση πραγματοποιήθηκε στο PartNet dataset, τόσο σε category-specific όσο και σε cross-category ρυθμίσεις. Παράλληλα, εξετάστηκαν δύο διαφορετικές feature extraction διατάξεις: η χρήση του pretrained Sonata ως μοναδικού feature extractor και ο συνδυασμός των Sonata features με τα part-aware features του PartField. Η αξιολόγηση βασίστηκε κυρίως στο Intersection over Union (IoU), ενώ πραγματοποιήθηκε και ποιοτική ανάλυση των παραγόμενων segmentations. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το μοντέλο μπορεί να μάθει αξιόπιστες prompt-conditioned segmentations τόσο σε μεμονωμένες κατηγορίες όσο και σε ένα ευρύτερο σύνολο αντικειμένων. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη των PartField features δεν οδηγεί σε σταθερή βελτίωση της απόδοσης, ενώ το Sonata-only configuration προσφέρει ισχυρά αποτελέσματα με μικρότερη υπολογιστική πολυπλοκότητα. Συνολικά, η εργασία υποστηρίζει ότι το point-promptable 3D part segmentation αποτελεί μια αποτελεσματική και ευέλικτη προσέγγιση για την ανάλυση της εσωτερικής δομής τρισδιάστατων αντικειμένων.

Abstract 

3D object segmentation into individual parts is an important problem in 3D computer vision, with applications in robotics, CAD, animation, and augmented reality. Many existing methods rely on predefined semantic labels, which limits their flexibility when arbitrary or previously unseen object parts need to be segmented. This thesis studies the implementation and evaluation of a native 3D point-promptable part segmentation system inspired by P3-SAM, which receives a point prompt and predicts the binary mask of the corresponding object part. The model is trained on the PartNet dataset using both category-specific and cross-category training settings. In addition, two different feature extraction configurations are investigated: the use of a pretrained Sonata model as the sole feature extractor and the combination of Sonata features with the part-aware features of PartField. The evaluation is based primarily on the Intersection over Union (IoU) metric, while a qualitative analysis of the generated segmentations is also performed. The results show that the model can learn reliable prompt-conditioned segmentations both for individual object categories and across a diverse set of object classes. Furthermore, the incorporation of PartField features does not lead to a consistent improvement in performance, while the Sonata-only configuration achieves strong results with lower computational complexity. Overall, this work demonstrates that point-promptable 3D part segmentation is an effective and flexible approach for understanding the internal structure of 3D objects.

Meeting ID: 927 6026 2241
Password: 136789

ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Σταύρος Μυγιάκης

Α.Μ.: 2019050033

Ημερομηνία Παρουσίασης: 20 Ιουλίου 2026

Ώρα: 10:30 π.μ.

Αίθουσα: Join Zoom Meeting https://tuc-gr.zoom.us/j/87189374050?pwd=LytpSFVoaHNuaGVsVUZkemJTdENkQT09  

 Meeting ID: 871 8937 4050 Password: 788241

Θέμα ΔE «Διερεύνηση πρότυπου πάνελ ηλιακής αφαλάτωσης με χρήση μεμβρανών για παραγωγή πόσιμου νερού»

Title «Investigation of novel solar desalination panel for the production of potable water»

Επιβλέπων: Αλέξανδρος Στεφανάκης

Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:

1 Αλέξανδρος Στεφανάκης

2 Μιχάλης Φουντουλάκης

3 Νίκος Διαγγελάκης

Περίληψη: Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο την διερεύνηση της λειτουργίας πρότυπων πάνελ ηλιακής αφαλάτωσης της SolarDew, με χρήση μεμβρανών, για την παραγωγή νερού από τροφοδοσίες διαφορετικής σύστασης. Εξετάστηκε η παραγωγή νερού από συνθετικό και πραγματικό θαλασσινό νερό, με προοπτική πόσιμης χρήσης, καθώς και η επεξεργασία κροκιδωμένου συμπυκνώματος, το συμπύκνωμα από την αντίστροφη όσμωση του διασταλλάγματος των στερέων αποβλήτων του ΧΥΤΑ της ΔΕΔΙΣΑ (brine), για πιθανή επαναχρησιμοποίηση, άρδευση ή διάθεση. Η πειραματική διερεύνηση οργανώθηκε σε τρεις κύριους κύκλους: συνθετικό θαλασσινό, πραγματικό θαλασσινό νερό και συγκριτική αξιολόγηση μεμβρανών. Στον τελευταίο κύκλο δοκιμάστηκαν δύο διαφορετικοί τύποι μεμβρανών της SolarDew, μονή και τριπλή μεμβράνη, τόσο με τροφοδοσία θαλασσινού νερού όσο και με κροκιδωμένο συμπύκνωμα διασταλλάγματος. Η αξιολόγηση βασίστηκε στη παραγωγή νερού, στην ανάκτηση, στην ηλεκτρική αγωγιμότητα στο pH και στην ιοντική σύσταση του παραγόμενου νερού.

Στον πρώτο κύκλο, η πιλοτική μονάδα παρήγαγε 212,7L νερού από συνθετικό θαλασσινό νερό, με ανάκτηση 35,4%. Το παραγόμενο νερό παρουσίασε χαμηλή αγωγιμότητα, περίπου 100μS/cm, και συγκεντρώσεις χλωριόντων 25-64mg/L στο τελικό στάδιο λειτουργίας. Στον δεύτερο κύκλο, με πραγματικό θαλασσινό νερό, η παραγωγή ανήλθε σε 117,9L και η ανάκτηση 39,3%, όμως η ποιότητα παρουσίασε μεγαλύτερες διακυμάνσεις με pH 5,1-6,2 και αύξηση της αγωγιμότητας προς το τέλος λειτουργίας. Στον τρίτο κύκλο, η μονή μεμβράνη εμφάνισε καλύτερη ποιοτική συμπεριφορά στο θαλασσινό νερό, με μέση αγωγιμότητα 45,82μS/cm, μέσο pH 6,4 και χλωριόντα 3,53-10,1mg/L.

Κατά την επεξεργασία του κροκιδωμένου συμπυκνώματος διασταλλάγματος, παρήχθησαν συνολικά 96,29L νερού από 300L τροφοδοσίας, με ανάκτηση 32,1%. Η μονή μεμβράνη παρουσίασε χαμηλότερη αγωγιμότητα και χλωριόντα σε σχέση με την τριπλή, ενώ και στις δύο περιπτώσεις το pH παρέμεινε ιδιαίτερα χαμηλό, περίπου 2,2-2,3, και οι αζωτούχες ενώσεις παρέμειναν αυξημένες. Η τριπλή μεμβράνη αξιολογήθηκε με επιφύλαξη, λόγω της κατασκευαστικής αστοχίας. Συνολικά, η τεχνολογία παρουσίασε σημαντική προοπτική για παραγωγή νερού από θαλασσινές τροφοδοσίες, ενώ η εφαρμογή της με κροκιδωμένο συμπύκνωμα απαιτεί περαιτέρω επεξεργασία και πλήρη ποιοτική αξιολόγηση.

Abstract: The present diploma thesis aimed to investigate the operation of SolarDew prototype solar desalination panels using membranes for water production from feed streams of different composition. Water production from synthetic and real seawater was examined with the prospect of potable use, while coagulated concentrate, originating from the reverse osmosis treatment of landfill leachate from the solid waste management facility of DEDISA (brine), was also investigated for potential reuse, irrigation, or disposal. The experimental investigation was organized into three main cycles: synthetic seawater, real seawater, and comparative membrane evaluation. In the final cycle, two different SolarDew membrane types, a single and a triple membrane, were tested using both seawater and coagulated leachate concentrate as feed streams. The evaluation was based on water production, recovery, electrical conductivity, pH, and the ionic composition of the produced water.

In the first cycle, the pilot unit produced 212.7L of water from synthetic seawater, achieving a recovery of 35.4%. The produced water exhibited low electrical conductivity, approximately 100 μS/cm, while chloride concentrations ranged from 25 to 64 mg/L during the final stage of operation. In the second cycle, using real seawater, total production reached 117.9L and recovery was 39.3%. However, the quality of the produced water showed greater variability, with pH values ranging from 5.1 to 6.2 and an increase in electrical conductivity toward the end of operation. In the third cycle, the single membrane showed better quality performance during seawater treatment, with an average electrical conductivity of 45.82 μS/cm, an average pH of 6.4, and chloride concentrations ranging from 3.53 to 10.1 mg/L.

During brine treatment, a total of 96.29L of water was produced from 300L of feed, corresponding to a recovery of 32.1%. The single membrane showed lower electrical conductivity and chloride concentrations compared to the triple membrane, while in both cases the pH remained particularly low, approximately 2.2–2.3, and nitrogen compounds remained elevated. The triple membrane was evaluated with caution due to a manufacturing defect. Overall, the technology demonstrated significant potential for water production from seawater feed streams, while its application to brine requires further treatment and comprehensive quality assessment.

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Γεωργίου – Κωνσταντίνου Καραλή

με θέμα

Σχεδίαση Κυκλωμάτων Αναφοράς Ρεύματος Ακριβείας Χαμηλής Κατανάλωσης με χρήση Τεχνολογίας ΙΗΡ 130nm CMOS Open-Source Process Design Kit (PDK)

Design of Precision Low-Power Current Reference Circuits using ΙΗΡ 130nm CMOS Open-Source Process Design Kit (PDK)

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Matthias Bucher (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπάλας
Δρ. Νικόλαος Φασαράκης

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσει μια πλήρη μεθοδολογία σχεδίασης κυκλωμάτων αναφοράς ρεύματος ακριβείας και χαμηλής κατανάλωσης, από τη φυσική της διάταξης έως την επαλήθευση του κυκλώματος. Η υλοποίηση πραγματοποιείται στην τεχνολογία CMOS 130 nm IHP SG13G2, χρησιμοποιώντας αποκλειστικά εργαλεία ανοικτού κώδικα (το PDK, το xschem και τον προσομοιωτή NGSPICE). Βασικός πυλώνας της προσέγγισης είναι το μοντέλο EKV, το οποίο επιτρέπει τη σχεδίαση με άξονα το ειδικό ρεύμα (Ispec) και την περιοχή λειτουργίας του MOSFET. Η έρευνα εξελίσσεται ποιοτικά σε τρία αλληλένδετα στάδια.
Αρχικά, εξάγονται οι παράμετροι του μοντέλου EKV σε ένα ευρύ φάσμα γεωμετριών και θερμοκρασιών, δημιουργώντας ένα ολοκληρωμένο αποθετήριο δεδομένων. Στη συνέχεια, τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό θεμελιωδών κυκλωματικών δομών, όπως οι καθρέπτες ρεύματος και οι κλασικές αναφορές Vittoz–Fellrath. Μέσα από αυτή τη διαδικασία, επιβεβαιώνονται οι θεωρητικοί νόμοι λειτουργίας και εντοπίζονται οι μη ιδανικότητες που αλλοιώνουν την ακρίβεια στην πράξη, όπως η ασυμμετρία των τάσεων υποδοχής. Ως τελικό επίτευγμα, η εργασία συνθέτει τα παραπάνω ευρήματα σχεδιάζοντας τον Εξαγωγέα Ειδικού Ρεύματος (Specific Current Extractor, SCE), ένα αυτο-πολωμένο κύκλωμα χωρίς παθητικές αντιστάσεις. Το κύκλωμα παράγει ρεύμα εξόδου που ακολουθεί πιστά το ειδικό ρεύμα του τρανζίστορ βάσει ενός καθαρού θεωρητικού νόμου, χωρίς την ανάγκη εμπειρικής προσαρμογής. Συνολικά, η διπλωματική αποστάζει πρακτικούς και μεταφέρσιμους κανόνες, αποδεικνύοντας ότι η αναλογική σχεδίαση ακριβείας μπορεί να παραχθεί αξιόπιστα από τη θεωρία έως το τελικό κύκλωμα, αξιοποιώντας πλήρως ελεύθερα διαθέσιμες τεχνολογίες.

Abstract

This thesis develops a complete design methodology for precision, low-power current reference circuits, from device physics to circuit verification. The implementation is carried out in the 130 nm IHP SG13G2 CMOS technology, exclusively utilizing open-source tools (the PDK, xschem, and the NGSPICE simulator). The foundational pillar of this approach is the EKV model, which enables design centered around the specific current (Ispec) and the MOSFET’s region of operation. The research unfolds in three interconnected stages.
Initially, the EKV model parameters are extracted across a wide range of geometries and temperatures, creating a comprehensive data repository. Subsequently, these data are used to characterize fundamental circuit structures, such as current mirrors and classic Vittoz–Fellrath references. Through this process, the theoretical laws of operation are confirmed, and non-idealities that degrade practical accuracy—such as drain voltage asymmetry—are identified. As a final achievement, the work synthesizes these findings by designing the Specific Current Extractor (SCE), a self-biased circuit free of passive resistors. The circuit generates an output current that faithfully tracks the transistor’s specific current based on a pure theoretical law, without the need for empirical fitting. Overall, the thesis distills practical, transferable design rules, demonstrating that precision analog design can be reliably executed from theory to the final verified circuit, fully leveraging freely available technologies.