Automatic processing, quality assurance and serving of real-time weather data over lightweight protocols

Recent advances in technology have produced a significant increase in the availability of free sensor data over the Internet. With affordable weather monitoring stations now available to individual meteorology enthusiasts a reservoir of real time data such as temperature, rainfall and wind speed can now be obtained for most of the United States and Europe. Despite the abundance of available data, obtaining useable information about the weather in your local neighbourhood requires complex processing that poses several challenges. This paper discusses a collection of technologies and applications that harvest, refine and process this data, culminating in information that has been tailored toward the user. In this case we are particularly interested in allowing a user to make direct queries about the weather at any location, even when this is not directly instrumented, using interpolation methods. We also consider how the uncertainty that the interpolation introduces can then be communicated to the user of the system, using UncertML, a developing standard for uncertainty representation.

Automatic processing, quality assurance and serving of real-time weather data

Recent advances in technology have produced a significant increase in the availability of free sensor data over the Internet. With affordable weather monitoring stations now available to individual meteorology enthusiasts a reservoir of real time data such as temperature, rainfall and wind speed can now be obtained for most of the United States and Europe. Despite the abundance of available data, obtaining useable information about the weather in your local neighbourhood requires complex processing that poses several challenges. This paper discusses a collection of technologies and applications that harvest, refine and process this data, culminating in information that has been tailored toward the user. In this case we are particularly interested in allowing a user to make direct queries about the weather at any location, even when this is not directly instrumented, using interpolation methods. We also consider how the uncertainty that the interpolation introduces can then be communicated to the user of the system, using UncertML, a developing standard for uncertainty representation.

A novel near real-time quality-control procedure for radiometric profiles measured by Bio-Argo floats: protocols and performances

An array of Bio-Argo floats equipped with radiometric sensors has been recently deployed in various open ocean areas representative of the diversity of trophic and bio-optical conditions prevailing in the so-called Case 1 waters. Around solar noon and almost everyday, each float acquires 0-250 m vertical profiles of Photosynthetically Available Radiation and downward irradiance at three wavelengths (380, 412 and 490 nm). Up until now, more than 6500 profiles for each radiometric channel have been acquired. As these radiometric data are collected out of operator’s control and regardless of meteorological conditions, specific and automatic data processing protocols have to be developed. Here, we present a data quality-control procedure aimed at verifying profile shapes and providing near real-time data distribution. This procedure is specifically developed to: 1) identify main issues of measurements (i.e. dark signal, atmospheric clouds, spikes and wave-focusing occurrences); 2) validate the final data with a hierarchy of tests to ensure a scientific utilization. The procedure, adapted to each of the four radiometric channels, is designed to flag each profile in a way compliant with the data management procedure used by the Argo program. Main perturbations in the light field are identified by the new protocols with good performances over the whole dataset. This highlights its potential applicability at the global scale. Finally, the comparison with modeled surface irradiances allows assessing the accuracy of quality-controlled measured irradiance values and identifying any possible evolution over the float lifetime due to biofouling and instrumental drift.

A novel near real-time quality-control procedure for radiometric profiles measured by Bio-Argo floats: protocols and performances

An array of Bio-Argo floats equipped with radiometric sensors has been recently deployed in various open ocean areas representative of the diversity of trophic and bio-optical conditions prevailing in the so-called Case 1 waters. Around solar noon and almost everyday, each float acquires 0-250 m vertical profiles of Photosynthetically Available Radiation and downward irradiance at three wavelengths (380, 412 and 490 nm). Up until now, more than 6500 profiles for each radiometric channel have been acquired. As these radiometric data are collected out of operator’s control and regardless of meteorological conditions, specific and automatic data processing protocols have to be developed. Here, we present a data quality-control procedure aimed at verifying profile shapes and providing near real-time data distribution. This procedure is specifically developed to: 1) identify main issues of measurements (i.e. dark signal, atmospheric clouds, spikes and wave-focusing occurrences); 2) validate the final data with a hierarchy of tests to ensure a scientific utilization. The procedure, adapted to each of the four radiometric channels, is designed to flag each profile in a way compliant with the data management procedure used by the Argo program. Main perturbations in the light field are identified by the new protocols with good performances over the whole dataset. This highlights its potential applicability at the global scale. Finally, the comparison with modeled surface irradiances allows assessing the accuracy of quality-controlled measured irradiance values and identifying any possible evolution over the float lifetime due to biofouling and instrumental drift.

Real-time tracking system using C80 DSPs and a binocular robotic head

[EN]An active vision system to perform tracking of moving objects in real time is described. The main goal is to obtain a system integrating off-the-self components. These components includes a stereoscopic robotic-head, as active perception hardware; a DSP based board SDB C80, as massive data processor and image acquisition board; and finally, a Pentium PC running Windows NT that interconnects and manages the whole system. Real-time is achieved taking advantage of the special architecture of DSP. An evaluation of the performance is included.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

A real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction for detection and quantification of Vesiculovirus

Vesiculoviruses (VSV) are zoonotic viruses that cause vesicular stomatitis disease in cattle, horses and pigs, as well as sporadic human cases of acute febrile illness. Therefore, diagnosis of VSV infections by reliable laboratory techniques is important to allow a proper case management and implementation of strategies for the containment of virus spread. We show here a sensitive and reproducible real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) for detection and quantification of VSV. The assay was evaluated with arthropods and serum samples obtained from horses, cattle and patients with acute febrile disease. The real-time RT-PCR amplified the Piry, Carajas, Alagoas and Indiana Vesiculovirus at a melting temperature 81.02 ± 0.8ºC, and the sensitivity of assay was estimated in 10 RNA copies/mL to the Piry Vesiculovirus. The viral genome has been detected in samples of horses and cattle, but not detected in human sera or arthropods. Thus, this assay allows a preliminary differential diagnosis of VSV infections.

Employment of Real-Time/FPGA Architectures for Test and Control of Automotive Engines

Nowadays the production of increasingly complex and electrified vehicles requires the implementation of new control and monitoring systems. This reason, together with the tendency of moving rapidly from the test bench to the vehicle, leads to a landscape that requires the development of embedded hardware and software to face the application effectively and efficiently. The development of application-based software on real-time/FPGA hardware could be a good answer for these challenges: FPGA grants parallel low-level and high-speed calculation/timing, while the Real-Time processor can handle high-level calculation layers, logging and communication functions with determinism. Thanks to the software flexibility and small dimensions, these architectures can find a perfect collocation as engine RCP (Rapid Control Prototyping) units and as smart data logger/analyser, both for test bench and on vehicle application. Efforts have been done for building a base architecture with common functionalities capable of easily hosting application-specific control code. Several case studies originating in this scenario will be shown; dedicated solutions for protype applications have been developed exploiting a real-time/FPGA architecture as ECU (Engine Control Unit) and custom RCP functionalities, such as water injection and testing hydraulic brake control.

Collection and real-time analysis of images from aircraft to support civil protection operational activities

This report describes the realization of a system, in which an object detection model will be implemented, whose aim is to detect the presence of people in images. This system could be used for several applications: for example, it could be carried on board an aircraft or a drone. In this case, the system is designed in such a way that it can be mounted on light/medium weight helicopters, helping the operator to find people in emergency situations. In the first chapter the use of helicopters for civil protection is analysed and applications similar to this case study are listed. The second chapter describes the choice of the hardware devices that have been used to implement a prototype of a system to collect, analyse and display images. At first, the PC necessary to process the images was chosen, based on the characteristics of the algorithms that are necessary to run the analysis. In the further, a camera that could be compatible with the PC was selected. Finally, the battery pack was chosen taking into account the electrical consumption of the devices. The third chapter illustrates the algorithms used for image analysis. In the fourth, some of the requirements listed in the regulations that must be taken into account for carrying on board all the devices have been briefly analysed. In the fifth chapter the activity of design and modelling, with the CAD Solidworks, the devices and a prototype of a case that will house them is described. The sixth chapter discusses the additive manufacturing, since the case was printed exploiting this technology. In the seventh chapter, part of the tests that must be carried out on the equipment to certificate it have been analysed, and some simulations have been carried out. In the eighth chapter the results obtained once loaded the object detection model on a hardware for image analyses were showed. In the ninth chapter, conclusions and future applications were discussed.

Towards a Smart Campus Digital Twin: Promoting Awareness and Sustainability Through Wayfinding and Real-Time Environmental Data

The newly inaugurated Navile District of the University of Bologna is a complex created along the Navile canal, that now houses various teaching and research activities for the disciplines of Chemistry, Industrial Chemistry, Pharmacy, Biotechnology and Astronomy. A Building Information Modeling system (BIM) gives staff of the Navile campus several ways to monitor buildings in the complex throughout their life cycle, one of which is the ability to access real-time environmental data such as room temperature, humidity, air composition, and more, thereby simplifying operations like finding faults and optimizing environmental resource usage. But smart features at Navile are not only available to the staff: AlmaMap Navile is a web application, whose development is documented in this thesis, that powers the public touch kiosks available throughout the campus, offering maps of the district and indications on how to reach buildings and spaces. Even if these two systems, BIM and AlmaMap, don't seem to have many similarities, they share the common intent of promoting awareness for informed decision making in the campus, and they do it while relying on web standards for communication. This opens up interesting possibilities, and is the idea behind AlmaMap Navile 2.0, an app that interfaces with the BIM system and combines real-time sensor data with a comfort calculation algorithm, giving users the ability not just to ask for directions to a space, but also to see its comfort level in advance and, should they want to, check environmental measurements coming from each sensor in a granular manner. The end result is a first step towards building a smart campus Digital Twin, that can support all the people who are part of the campus life in their daily activities, improving their efficiency and satisfaction, giving them the ability to make informed decisions, and promoting awareness and sustainability.

Real-Time PCR in HIV/Trypanosoma cruzi Coinfection with and without Chagas Disease Reactivation: Association with HIV Viral Load and CD4(+) Level

Background: Reactivation of chronic Chagas disease, which occurs in approximately 20% of patients coinfected with HIV/Trypanosoma cruzi (T. cruzi), is commonly characterized by severe meningoencephalitis and myocarditis. The use of quantitative molecular tests to monitor Chagas disease reactivation was analyzed. Methodology: Polymerase chain reaction (PCR) of kDNA sequences, competitive (C-) PCR and real-time quantitative (q) PCR were compared with blood cultures and xenodiagnosis in samples from 91 patients (57 patients with chronic Chagas disease and 34 with HIV/T. cruzi coinfection), of whom 5 had reactivation of Chagas disease and 29 did not. Principal Findings: qRT-PCR showed significant differences between groups; the highest parasitemia was observed in patients infected with HIV/T. cruzi with Chagas disease reactivation (median 1428.90 T. cruzi/mL), followed by patients with HIV/T. cruzi infection without reactivation (median 1.57 T. cruzi/mL) and patients with Chagas disease without HIV (median 0.00 T. cruzi/mL). Spearman's correlation coefficient showed that xenodiagnosis was correlated with blood culture, C-PCR and qRT-PCR. A stronger Spearman correlation index was found between C-PCR and qRT-PCR, the number of parasites and the HIV viral load, expressed as the number of CD4(+) cells or the CD4(+)/CD8(+) ratio. Conclusions: qRT-PCR distinguished the groups of HIV/T. cruzi coinfected patients with and without reactivation. Therefore, this new method of qRT-PCR is proposed as a tool for prospective studies to analyze the importance of parasitemia (persistent and/or increased) as a criterion for recommending pre-emptive therapy in patients with chronic Chagas disease with HIV infection or immunosuppression. As seen in this study, an increase in HIV viral load and decreases in the number of CD4(+) cells/mm(3) and the CD4(+)/CD8(+) ratio were identified as cofactors for increased parasitemia that can be used to target the introduction of early, pre-emptive therapy.

Detection of dengue virus in saliva and urine by real time RT-PCR

Early diagnosis of dengue virus (DENV) infection is important for patient management and control of dengue outbreaks. The objective of this study was to analyze the usefulness of urine and saliva samples for early diagnosis of DENV infection by real time RT-PCR. Two febrile patients, who have been attended at the General Hospital of the School of Medicine of Ribeirao Preto, Sao Paulo University were included in the study. Serum, urine and saliva samples collected from both patients were subjected to real time RT-PCR for DENV detection and quantification. Dengue RNA was detected in serum, urine and saliva samples of both patients. Patient 1 was infected with DENV-2 and patient 2 with DENV-3. Data presented in this study suggest that urine and saliva could be used as alternative samples for early diagnosis of dengue virus infection when blood samples are difficult to obtain, e.g.,in newborns and patients with hemorrhagic syndromes.