Implementazione dell'algoritmo filtered back-projection (FBP) per architetture low-power di tipo systems-on-chip

Il presente lavoro di tesi, svolto presso i laboratori dell'X-ray Imaging Group del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Bologna e all'interno del progetto della V Commissione Scientifica Nazionale dell'INFN, COSA (Computing on SoC Architectures), ha come obiettivo il porting e l’analisi di un codice di ricostruzione tomografica su architetture GPU installate su System-On-Chip low-power, al fine di sviluppare un metodo portatile, economico e relativamente veloce. Dall'analisi computazionale sono state sviluppate tre diverse versioni del porting in CUDA C: nella prima ci si è limitati a trasporre la parte più onerosa del calcolo sulla scheda grafica, nella seconda si sfrutta la velocità del calcolo matriciale propria del coprocessore (facendo coincidere ogni pixel con una singola unità di calcolo parallelo), mentre la terza è un miglioramento della precedente versione ottimizzata ulteriormente. La terza versione è quella definitiva scelta perché è la più performante sia dal punto di vista del tempo di ricostruzione della singola slice sia a livello di risparmio energetico. Il porting sviluppato è stato confrontato con altre due parallelizzazioni in OpenMP ed MPI. Si è studiato quindi, sia su cluster HPC, sia su cluster SoC low-power (utilizzando in particolare la scheda quad-core Tegra K1), l’efficienza di ogni paradigma in funzione della velocità di calcolo e dell’energia impiegata. La soluzione da noi proposta prevede la combinazione del porting in OpenMP e di quello in CUDA C. Tre core CPU vengono riservati per l'esecuzione del codice in OpenMP, il quarto per gestire la GPU usando il porting in CUDA C. Questa doppia parallelizzazione ha la massima efficienza in funzione della potenza e dell’energia, mentre il cluster HPC ha la massima efficienza in velocità di calcolo. Il metodo proposto quindi permetterebbe di sfruttare quasi completamente le potenzialità della CPU e GPU con un costo molto contenuto. Una possibile ottimizzazione futura potrebbe prevedere la ricostruzione di due slice contemporaneamente sulla GPU, raddoppiando circa la velocità totale e sfruttando al meglio l’hardware. Questo studio ha dato risultati molto soddisfacenti, infatti, è possibile con solo tre schede TK1 eguagliare e forse a superare, in seguito, la potenza di calcolo di un server tradizionale con il vantaggio aggiunto di avere un sistema portatile, a basso consumo e costo. Questa ricerca si va a porre nell’ambito del computing come uno tra i primi studi effettivi su architetture SoC low-power e sul loro impiego in ambito scientifico, con risultati molto promettenti.

Tomografia da analisi di rumore sismico nell'Italia settentrionale

Questa tesi si pone l'obiettivo di applicare un metodo lineare per l'inversione delle curve di dispersione delle onde superficiali di Rayleigh da rumore sismico, al fine di descrivere con maggior definizione la struttura della crosta terrestre in corrispondenza dell'Italia settentrionale e confrontarlo con il modello di riferimento. Si è fatto uso del processo di cross-correlazione applicato al rumore sismico per ricostruire la Funzione di Green per ogni coppia di stazioni. Sono state considerate circa 100 stazioni, tutte nel Nord-Italia. I segnali ottenuti sono costituiti principalmente da onde di superficie, in particolare onde di Rayleigh, le quali dominano i segnali in ampiezza. Per periodi compresi tra 1s e 50s, per ogni raggio tra coppie di stazioni, è stata misurata la velcoità di gruppo tramite l'utilizzo del software EGFAnalysisTimeFreq per Matlab. Le curve di dispersione così ottenute sono state utilizzate come dato per la risoluzione del problema inverso, al fine di ottenere mappe2D della velocità di gruppo che è fortemente dipendente dalle caratteristiche del mezzo. Infine queste ultime sono state confrontate con mappe di un modello esistente per la regione (Molinari et al. [22]).

Tecniche di ottimizzazione dell'advertising online tramite eye-tracking: un modello sperimentale

La tesi analizza l'attuale offerta dell'advertising online, ne individua alcune problematiche e valuta una possibile soluzione, tramite l'elaborazione di un nuovo modello di costo. Tale modello è basato sul tempo di persistenza dello sguardo rilevato tramite dispositivo di eye-tracking. L'obiettivo della tesi è quindi la creazione di un tool per raccogliere i dati dal dispositivo e, infine, restituire i risultati grafici e testuali generati dalla funzione di costo.

Sviluppo di un sistema informatico per la riconciliazione incassi attraverso metodologie di Business Process Management

L'argomento trattato in questo elaborato riguarda le teorie, metodologie e motivazioni che hanno portato allo sviluppo di un'applicazione web per la riconciliazione incassi, funzione peculiare della contabilità di un'azienda. Alla base delle scelte progettuali adottate, vi è una serie di studi sui processi e su come questi possano influenzare l'analisi e lo sviluppo dell'applicazione stessa. Per poter effettuare una transizione di questo tipo, sono state adottate metodologie come il Business Process Management e inevitabilmente il Business Process Re-engineering, che consentono di modificare, migliorare, adattare e ottimizzare i processi.

Studio ed analisi di tecniche di opinion mining per contesti di promozione turistica su piattaforme di social media

Negli ultimi anni Internet ha cambiato le modalità di creazione e distribuzione delle informazioni turistiche. Un ruolo fondamentale viene ricoperto dalle piattaforme di social media, tecnologie che permettono ai consumatori di condividere le proprie esperienze ed opinioni. Diventa necessario, quindi, comprendere i cambiamenti in queste tecnologie e nel comportamento dei viaggiatori per poter applicare strategie di marketing di successo. In questo studio, utilizzando Opinion Finder, un software spesso impiegato nel campo dell'opinion mining, si esamineranno da un punto di vista qualitativo i post e commenti estratti da alcuni profili degli enti di promozione turistica nazionale in Europa, dividendo l'analisi per fattori che possono influenzare il sentimento degli utenti. Attraverso i risultati ottenuti, si può dimostrare che l'analisi delle opinioni e del sentimento si presenta come un ottimo strumento per evidenziare possibili fenomeni utili per la pianificazione di strategie di marketing per gli enti. Studi futuri potrebbero migliorare la valutazione di questi dati attraverso la creazione di un corpus di apprendimento per il software che contenga testi relativi al mondo del turismo e permettendo ad Opinion Finder di incrementare la validità della classificazione del sentimento, contestualizzando le espressioni in maniera corretta.

Rimini. Un nuovo fronte mare. Riqualificazione del lungomare e proposta di un centro polifunzionale

Il progetto di tesi si pone come obiettivo la riqualificazione urbana del fronte mare della città di Rimini e la progettazione di un nuovo centro culturale polifunzionale. La costruzione di nuovi margini urbani, viene qui proposta secondo una reinterpretazione di un carattere tipicamente funzionale delle città di costa del litorale adriatico: la proiezione della funzione urbana oltre la linea di costa, con la costruzione di moli oltre l’edificato. “La città allunga la mano nell’acqua.” La tesi riprende questo aspetto di tipicità e propone una serie di “nuovi moli”, strutture polifunzionali destinate a incentivare quale risorsa fruitiva per il pubblico, stanziale o turistico, il rapporto col mare Adriatico. Anche in relazione a queste “proiezioni” oltre il litorale marino la tesi ha analizzato le forme dell’architettura di ultima generazione, cercando di recepirne i significati espressi attraverso la definizione formale; da qui parte il percorso della formulazione compositiva espressa nelle tavole grafiche, nelle quali si sottolinea il rapporto funzionale in relazione alla nova forma urbis e alla ricaduta sul nuovo assetto ambientale. E’, in sintesi, l’accettabilità di questo e dell’integrazione paesaggistica che la tesi vuole sostenere, attraverso il lungo percorso analitico e progettuale affrontato.

Modellistica e determinazione della dinamica di un quadrotor UAV per fini di controllo

Nella tesi vengono proposte una modellazione di un quadrotor affetto da un campo vettoriale incognito aerodinamico e la sua identificazione basata su non linear geometric approach e su reti neurali a funzione di base radiale (RBF). Il non linear geometric approach viene utilizzato per il disaccoppiamento delle componenti incognite aerodinamiche mentre le modellazione RBF dei coefficienti permette di applicare un algoritmo ai minimi quadrati per l'identificazione del sistema. Infine viene implementato un simulatore in ambiente MATLAB Simulink per la validazione della metodologia. Le simulazioni effettuate dimostrano la bontà del metodo proposto.

Metodi di ottimizzazione di portafoglio

Argomento di questa tesi è l’ottimizzazione di un portafoglio, cioè, dato un portafoglio, massimizzarne il guadagno minimizzando il rischio. Nel primo capitolo illustrerò le nozioni matematiche basi della finanza, come i mercati discreti, la definizione di portafoglio, il modello binomiale,l’arbitraggio e la misura martingala. Nel secondo capitolo presenterò i due metodi risolutivi del problema di ottimizzazione:il Metodo Martingala e il Metodo della Programmazione Dinamica. Nell’ultimo capitolo parto dalla funzione d'utilità esponenziale e calcolo il portafoglio ottimizzato utilizzando i due metodi precedenti.

Teorema di Brouwer ed applicazioni

Lo scopo di questa tesi è analizzare il teorema del punto fisso di Brouwer, e lo faremo da più punti di vista, generalizzandolo e dando una piccola illustrazione di una sua possibile applicazione nella teoria dei giochi. Il teorema del punto fisso è uno dei teoremi prìncipi della topologia algebrica. Nella versione classica esso afferma che qualsiasi funzione continua che porta la palla unitaria di \R^{n} in se stessa possiede un punto fisso.

Segmentazione e categorizzazione di oggetti mediante immagini depth e deep learning

Questo lavoro è iniziato con uno studio teorico delle principali tecniche di classificazione di immagini note in letteratura, con particolare attenzione ai più diffusi modelli di rappresentazione dell’immagine, quali il modello Bag of Visual Words, e ai principali strumenti di Apprendimento Automatico (Machine Learning). In seguito si è focalizzata l’attenzione sulla analisi di ciò che costituisce lo stato dell’arte per la classificazione delle immagini, ovvero il Deep Learning. Per sperimentare i vantaggi dell’insieme di metodologie di Image Classification, si è fatto uso di Torch7, un framework di calcolo numerico, utilizzabile mediante il linguaggio di scripting Lua, open source, con ampio supporto alle metodologie allo stato dell’arte di Deep Learning. Tramite Torch7 è stata implementata la vera e propria classificazione di immagini poiché questo framework, grazie anche al lavoro di analisi portato avanti da alcuni miei colleghi in precedenza, è risultato essere molto efficace nel categorizzare oggetti in immagini. Le immagini su cui si sono basati i test sperimentali, appartengono a un dataset creato ad hoc per il sistema di visione 3D con la finalità di sperimentare il sistema per individui ipovedenti e non vedenti; in esso sono presenti alcuni tra i principali ostacoli che un ipovedente può incontrare nella propria quotidianità. In particolare il dataset si compone di potenziali ostacoli relativi a una ipotetica situazione di utilizzo all’aperto. Dopo avere stabilito dunque che Torch7 fosse il supporto da usare per la classificazione, l’attenzione si è concentrata sulla possibilità di sfruttare la Visione Stereo per aumentare l’accuratezza della classificazione stessa. Infatti, le immagini appartenenti al dataset sopra citato sono state acquisite mediante una Stereo Camera con elaborazione su FPGA sviluppata dal gruppo di ricerca presso il quale è stato svolto questo lavoro. Ciò ha permesso di utilizzare informazioni di tipo 3D, quali il livello di depth (profondità) di ogni oggetto appartenente all’immagine, per segmentare, attraverso un algoritmo realizzato in C++, gli oggetti di interesse, escludendo il resto della scena. L’ultima fase del lavoro è stata quella di testare Torch7 sul dataset di immagini, preventivamente segmentate attraverso l’algoritmo di segmentazione appena delineato, al fine di eseguire il riconoscimento della tipologia di ostacolo individuato dal sistema.

Il ruolo del consulente: il trasferimento di conoscenza come fattore abilitante

L’obiettivo della seguente tesi è quello di illustrare le condizioni in cui avviene il trasferimento di conoscenza da consulente a cliente, e come questo sia il fattore abilitante per l’esistenza e l’utilizzo di tale figura professionale da parte delle organizzazioni. Questa tesi nasce dall’esperienza vissuta durante la partecipazione alla XXIV edizione di Junior Consulting, un programma organizzato da CONSEL - ELIS presso Roma, che ha permesso al sottoscritto di prendere parte al progetto di consulenza “Engineering & Construction - Performance Monitoring System” commissionato da Enel Green Power. L’esigenza manifestata dall’azienda era quella di riuscire ad avere una visione chiara e definita della qualità delle attività svolte dalla funzione Engineering & Construction (E&C) e quindi l’obiettivo del progetto si è concretizzato nella definizione di un set di KPI idoneo a rappresentare una misura delle performance della suddetta funzione. Avendo testato, seppure per pochi mesi, l’attività consulenziale, il candidato ha compiuto uno studio teorico che andasse ad analizzare in dettaglio l’attività del consulente, la sua importanza nel mondo economico, il contesto in cui opera e i principali dibattiti accademici di cui è protagonista negli ultimi anni. Nell’elaborato viene analizzato il caso pratico sulla base degli studi della letteratura, con lo scopo di formulare un modello che descriva l’approccio che il consulente dovrebbe avere, durante lo svolgimento delle sue attività, per la realizzazione del trasferimento di conoscenza. Nel primo capitolo è riportato uno studio relativo all’importanza e agli effetti che le società di consulenza hanno avuto nell’ultimo secolo ed in particolare negli ultimi 30 anni. Nel secondo capitolo è descritto il core asset delle società di consulenza, ovvero la conoscenza, e come questa è strutturata e gestita. Nel terzo capitolo sono analizzate le principali teorie sviluppate sulla figura del consulente, sia l’evoluzione storica che le principali posizioni ancora oggi oggetto di dibattito. Nel quarto capitolo l’attenzione è focalizzata sul trasferimento di conoscenza da consulente a cliente e sulle condizioni in cui questo può avvenire. Nel quinto capitolo è presentato il progetto sopracitato, i cui risultati sono riportati negli allegati 1 e 2. Infine, nel sesto capitolo, è presentato un modello di approccio del consulente ottenuto dall’analisi critica del caso pratico sulla base delle evidenze emerse dallo studio della letteratura.

Ottimizzazione di microcanali con condizioni al contorno diverse

Negli ultimi due decenni i microcanali hanno un'ampia gamma di applicazioni pratiche in ambiti specializzati, come le micropompe, l’ingegneria biomedica, la microfluidica, ecc. Quindi il miglioramento della capacità di scambio termico è molto significativo e, per questo motivo, è interessante studiare come influisce sullo scambio termico la variazione della geometria dei microcanali. Per descrivere le prestazioni associate ad una superficie di scambio termico ci si riferisce a dei parametri adimensionali. Ad esempio, si possono utilizzare numero di Poiseuille fRe e numero di Nusselt Nu, a cui sono associate, rispettivamente, le prestazioni in termini di attrito meccanico e di scambio termico convettivo della superficie. E si vedrà il comportamento termoidraulico al variare di parametri geometrici come il fattore di forma ed il raggio di curvatura degli spigoli della sezione attraverso simulazioni effettuate tramite FlexPDE. L’ottimizzazione delle sezioni di microcanali attraverso i Performance Evaluation Criteria (PEC) è basata su un’analisi condotta dal punto di vista della prima legge della termodinamica: l'ottimizzazione della funzione obiettivo è il suo unico scopo. Ma non ha tenuto conto dell’entropia generata nello scambiatore, che varia dopo l’ottimizzazione. Poiché l’entropia prodotta da un generico sistema termodinamico è direttamente legata alle perdite per irreversibilità nello stesso, quindi coincide l’efficienza del sistema dal punto di vista termodinamico. Per questo motivo, Bejan propone una procedura di ottimizzazione basata sulla seconda legge della termodinamica, in cui anche l’entropia è trattata come una funzione obiettivo che dovrà essere sempre minimizzata. Dopo una prima fase di analisi dal punto di vista fisico, il modello è stato applicato a casi concreti, in cui funzione obiettivo e numero di generazione entropica sono stati espressi in dipendenza dell’incognita geometrica da valutare.

Progettazione ed efficientamento energetico di un campo umanitario.

UNHRD è un Network di Basi Operative di Pronto Intervento Umanitario delle Nazioni Unite, con sei sedi nel mondo, in grado di inviare aiuti di prima necessità in qualsiasi parte del mondo entro 24-48 ore. Creata nel 2000, quella di Brindisi è la prima base del Network. Nel 2014, all’interno di UNHRD di Brindisi, nasce una nuova unità di ricerca e sviluppo, chiamata UNHRD LAB, per revisionare, testare e sviluppare prodotti innovativi contribuendo al miglioramento delle risposte alle emergenze umanitarie. Il LAB, gestito da esperti del campo, lavora in collaborazione con centri di ricerca, fornitori, Organizzazioni Non Governative, Agenzie Governative e con l’Università di Bologna, grazie alla quale ho avuto la possibilità di trascorrere sei mesi all’interno di questa nuova unità. Lavorando in stretta collaborazione con Nicolas Messmer, esperto del campo e responsabile del LAB, ho appurato che la progettazione di un campo umanitario al giorno d’oggi non segue metodi standardizzati, ma si basa sul buon senso di tecnici esperti che stimano numero e tipologie di container da inviare per allestirlo, sulla base dei quali si definiscono i fabbisogni energetici da soddisfare. Al fine di migliorare e velocizzare l’allestimento di un campo umanitario, ho deciso di proporre la creazione di tre standard di campo: piccolo, medio e grande (in funzione del numero degli operatori destinati ad accogliere) definire tipologia e numero di prodotti da inviare nei tre casi, individuare il fabbisogno energetico e ottimizzarlo proponendo soluzioni a basso consumo. Uno dei focus del LAB è infatti la “green techonolgy”, ovvero la ricerca di soluzioni a basso impatto ambientale, da qui i miei studi verso l’efficientamento energetico e l’attenzione verso nuove tecnologie ecofriendly come il fotovoltaico.

Il paesaggio dell'apprendimento: Una nuova scuola primaria a Rimini, Villaggio Primo Maggio

Oggetto di questa tesi di laurea è la progettazione di una nuova scuola primaria in Via Bidente, località Villaggio Primo Maggio a Rimini. La tesi parte da un progetto preliminare, elaborato dall’ufficio tecnico del Comune di Rimini, sulla base del quale, nel settembre 2013, è stato indetto un appalto integrato con procedura aperta per l’affidamento sia della progettazione esecutiva che della realizzazione della scuola. L’intervento si era reso necessario poiché la vecchia scuola non era più in grado di far fronte alle esigenze del quartiere, investito da un intenso sviluppo che ne aveva aumentato sensibilmente gli abitanti e quindi la popolazione scolastica. La tesi ha assunto gli obiettivi e i dimensionamenti fissati dal Bando di gara: quindici aule, sei laboratori, palestra, biblioteca, mensa, sala insegnanti, area verde, parcheggio, pista ciclopedonale. Per definire le strategie di progetto da adottare, è stata effettuata un’analisi dell’area dalla quale sono emerse esigenze e criticità del quartiere. A scala urbana la viabilità e la fruibilità del lotto risultano inadeguate, e per correggerle, si è prevista la realizzazione di una nuova pista ciclabile e di un parcheggio. Inoltre professionisti esperti e di comprovata esperienza in materia hanno condotto studi approfonditi ed attente valutazioni di carattere ambientale, riguardanti l’inquinamento elettromagnetico, acustico ed atmosferico. Per limitare l'inquinamento acustico a cui la scuola risulterebbe esposta, è stata prevista la realizzazione di alcuni tratti di barriere fonoassorbenti lungo il perimetro dell’area di progetto al fine di proteggerla dalle fonti di rumore maggiormente impattanti. Al centro delle strategie progettuali c’è il bambino, che diventa il vero committente, ossia il soggetto di cui soddisfare esigenze e desideri. Si è cercato quindi di realizzare un ambiente confortevole e sicuro in cui i bambini si sentano a proprio agio. A scala architettonica si è pensata a una distribuzione degli spazi che permetta di sfruttare a pieno le potenzialità degli ambienti attraverso una collocazione delle funzioni su tre diverse fasce longitudinali: servizi nella zona nord, connettivo e aule a sud. Inoltre è stato studiato uno schema distributivo in linea con le esigenze dei nuovi modelli pedagogici, in particolare: aule e laboratori adattabili, spazi per l’apprendimento di gruppo sia all’interno che all’esterno dell’edificio, i cui spazi di distribuzione sono dimensionati per poter ospitare anche funzioni didattiche. Ogni scelta adottata vuol far si che tutto l’edificio diventi fonte di insegnamento per i bambini, una sorta di paesaggio dell’apprendimento.

L'informazione di fase per la segmentazione volumetrica di dati ecocardiografici

L’imaging ad ultrasuoni è una tecnica di indagine utilizzata comunemente per molte applicazioni diagnostiche e terapeutiche. La tecnica ha numerosi vantaggi: non è invasiva, fornisce immagini in tempo reale e l’equipaggiamento necessario è facilmente trasportabile. Le immagini ottenute con questa tecnica hanno tuttavia basso rapporto segnale rumore a causa del basso contrasto e del rumore caratteristico delle immagini ad ultrasuoni, detto speckle noise. Una corretta segmentazione delle strutture anatomiche nelle immagini ad ultrasuoni è di fondamentale importanza in molte applicazioni mediche . Nella pratica clinica l’identificazione delle strutture anatomiche è in molti casi ancora ottenuta tramite tracciamento manuale dei contorni. Questo processo richiede molto tempo e produce risultati scarsamente riproducibili e legati all’esperienza del clinico che effettua l’operazione. In ambito cardiaco l’indagine ecocardiografica è alla base dello studio della morfologia e della funzione del miocardio. I sistemi ecocardiografici in grado di acquisire in tempo reale un dato volumetrico, da pochi anni disponibili per le applicazioni cliniche, hanno dimostrato la loro superiorità rispetto all’ecocardiografia bidimensionale e vengono considerati dalla comunità medica e scientifica, la tecnica di acquisizione che nel futuro prossimo sostituirà la risonanza magnetica cardiaca. Al fine di sfruttare appieno l’informazione volumetrica contenuta in questi dati, negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi metodi di segmentazione automatici o semiautomatici tesi alla valutazione della volumetria del ventricolo sinistro. La presente tesi descrive il progetto, lo sviluppo e la validazione di un metodo di segmentazione ventricolare quasi automatico 3D, ottenuto integrando la teoria dei modelli level-set e la teoria del segnale monogenico. Questo approccio permette di superare i limiti dovuti alla scarsa qualità delle immagini grazie alla sostituzione dell’informazione di intensità con l’informazione di fase, che contiene tutta l’informazione strutturale del segnale.