Localization and activity detection Based on the fusion of environment And inertial sensors = Localización y detección de actividad Basadas en integración de sensores y dispositivos inerciales

Los sensores inerciales (acelerómetros y giróscopos) se han ido introduciendo poco a poco en dispositivos que usamos en nuestra vida diaria gracias a su minituarización. Hoy en día todos los smartphones contienen como mínimo un acelerómetro y un magnetómetro, siendo complementados en losmás modernos por giróscopos y barómetros. Esto, unido a la proliferación de los smartphones ha hecho viable el diseño de sistemas basados en las medidas de sensores que el usuario lleva colocados en alguna parte del cuerpo (que en un futuro estarán contenidos en tejidos inteligentes) o los integrados en su móvil. El papel de estos sensores se ha convertido en fundamental para el desarrollo de aplicaciones contextuales y de inteligencia ambiental. Algunos ejemplos son el control de los ejercicios de rehabilitación o la oferta de información referente al sitio turístico que se está visitando. El trabajo de esta tesis contribuye a explorar las posibilidades que ofrecen los sensores inerciales para el apoyo a la detección de actividad y la mejora de la precisión de servicios de localización para peatones. En lo referente al reconocimiento de la actividad que desarrolla un usuario, se ha explorado el uso de los sensores integrados en los dispositivos móviles de última generación (luz y proximidad, acelerómetro, giróscopo y magnetómetro). Las actividades objetivo son conocidas como ‘atómicas’ (andar a distintas velocidades, estar de pie, correr, estar sentado), esto es, actividades que constituyen unidades de actividades más complejas como pueden ser lavar los platos o ir al trabajo. De este modo, se usan algoritmos de clasificación sencillos que puedan ser integrados en un móvil como el Naïve Bayes, Tablas y Árboles de Decisión. Además, se pretende igualmente detectar la posición en la que el usuario lleva el móvil, no sólo con el objetivo de utilizar esa información para elegir un clasificador entrenado sólo con datos recogidos en la posición correspondiente (estrategia que mejora los resultados de estimación de la actividad), sino también para la generación de un evento que puede producir la ejecución de una acción. Finalmente, el trabajo incluye un análisis de las prestaciones de la clasificación variando el tipo de parámetros y el número de sensores usados y teniendo en cuenta no sólo la precisión de la clasificación sino también la carga computacional. Por otra parte, se ha propuesto un algoritmo basado en la cuenta de pasos utilizando informaiii ción proveniente de un acelerómetro colocado en el pie del usuario. El objetivo final es detectar la actividad que el usuario está haciendo junto con la estimación aproximada de la distancia recorrida. El algoritmo de cuenta pasos se basa en la detección de máximos y mínimos usando ventanas temporales y umbrales sin requerir información específica del usuario. El ámbito de seguimiento de peatones en interiores es interesante por la falta de un estándar de localización en este tipo de entornos. Se ha diseñado un filtro extendido de Kalman centralizado y ligeramente acoplado para fusionar la información medida por un acelerómetro colocado en el pie del usuario con medidas de posición. Se han aplicado también diferentes técnicas de corrección de errores como las de velocidad cero que se basan en la detección de los instantes en los que el pie está apoyado en el suelo. Los resultados han sido obtenidos en entornos interiores usando las posiciones estimadas por un sistema de triangulación basado en la medida de la potencia recibida (RSS) y GPS en exteriores. Finalmente, se han implementado algunas aplicaciones que prueban la utilidad del trabajo desarrollado. En primer lugar se ha considerado una aplicación de monitorización de actividad que proporciona al usuario información sobre el nivel de actividad que realiza durante un período de tiempo. El objetivo final es favorecer el cambio de comportamientos sedentarios, consiguiendo hábitos saludables. Se han desarrollado dos versiones de esta aplicación. En el primer caso se ha integrado el algoritmo de cuenta pasos en una plataforma OSGi móvil adquiriendo los datos de un acelerómetro Bluetooth colocado en el pie. En el segundo caso se ha creado la misma aplicación utilizando las implementaciones de los clasificadores en un dispositivo Android. Por otro lado, se ha planteado el diseño de una aplicación para la creación automática de un diario de viaje a partir de la detección de eventos importantes. Esta aplicación toma como entrada la información procedente de la estimación de actividad y de localización además de información almacenada en bases de datos abiertas (fotos, información sobre sitios) e información sobre sensores reales y virtuales (agenda, cámara, etc.) del móvil. Abstract Inertial sensors (accelerometers and gyroscopes) have been gradually embedded in the devices that people use in their daily lives thanks to their miniaturization. Nowadays all smartphones have at least one embedded magnetometer and accelerometer, containing the most upto- date ones gyroscopes and barometers. This issue, together with the fact that the penetration of smartphones is growing steadily, has made possible the design of systems that rely on the information gathered by wearable sensors (in the future contained in smart textiles) or inertial sensors embedded in a smartphone. The role of these sensors has become key to the development of context-aware and ambient intelligent applications. Some examples are the performance of rehabilitation exercises, the provision of information related to the place that the user is visiting or the interaction with objects by gesture recognition. The work of this thesis contributes to explore to which extent this kind of sensors can be useful to support activity recognition and pedestrian tracking, which have been proven to be essential for these applications. Regarding the recognition of the activity that a user performs, the use of sensors embedded in a smartphone (proximity and light sensors, gyroscopes, magnetometers and accelerometers) has been explored. The activities that are detected belong to the group of the ones known as ‘atomic’ activities (e.g. walking at different paces, running, standing), that is, activities or movements that are part of more complex activities such as doing the dishes or commuting. Simple, wellknown classifiers that can run embedded in a smartphone have been tested, such as Naïve Bayes, Decision Tables and Trees. In addition to this, another aim is to estimate the on-body position in which the user is carrying the mobile phone. The objective is not only to choose a classifier that has been trained with the corresponding data in order to enhance the classification but also to start actions. Finally, the performance of the different classifiers is analysed, taking into consideration different features and number of sensors. The computational and memory load of the classifiers is also measured. On the other hand, an algorithm based on step counting has been proposed. The acceleration information is provided by an accelerometer placed on the foot. The aim is to detect the activity that the user is performing together with the estimation of the distance covered. The step counting strategy is based on detecting minima and its corresponding maxima. Although the counting strategy is not innovative (it includes time windows and amplitude thresholds to prevent under or overestimation) no user-specific information is required. The field of pedestrian tracking is crucial due to the lack of a localization standard for this kind of environments. A loosely-coupled centralized Extended Kalman Filter has been proposed to perform the fusion of inertial and position measurements. Zero velocity updates have been applied whenever the foot is detected to be placed on the ground. The results have been obtained in indoor environments using a triangulation algorithm based on RSS measurements and GPS outdoors. Finally, some applications have been designed to test the usefulness of the work. The first one is called the ‘Activity Monitor’ whose aim is to prevent sedentary behaviours and to modify habits to achieve desired objectives of activity level. Two different versions of the application have been implemented. The first one uses the activity estimation based on the step counting algorithm, which has been integrated in an OSGi mobile framework acquiring the data from a Bluetooth accelerometer placed on the foot of the individual. The second one uses activity classifiers embedded in an Android smartphone. On the other hand, the design of a ‘Travel Logbook’ has been planned. The input of this application is the information provided by the activity and localization modules, external databases (e.g. pictures, points of interest, weather) and mobile embedded and virtual sensors (agenda, camera, etc.). The aim is to detect important events in the journey and gather the information necessary to store it as a journal page.

A generic, hard transition to chaos

A hard-in-amplitude transition to chaos in a class of dissipative flows of broad applicability is presented. For positive values of a parameter F, no matter how small, a fully developed chaotic attractor exists within some domain of additional parameters, whereas no chaotic behavior exists for F < 0. As F is made positive, an unstable fixed point reaches an invariant plane to enter a phase half-space of physical solutions; the ghosts of a line of fixed points and a rich heteroclinic structure existing at F = 0 make the limits t --* +oc, F ~ +0 non-commuting, and allow an exact description of the chaotic flow. The formal structure of flows that exhibit the transition is determined. A subclass of such flows (coupled oscillators in near-resonance at any 2 : q frequency ratio, with F representing linear excitation of the first oscillator) is fully analysed

A dynamic, probabilistic model for city building

The problem of interdependence between housing and commuting in a city has been analysed within the framework of welfare economics. Uncertain changes overtime in the working population has been considered by means of a dynamic, probabilistic model. The characteristics of irreversibility and durability in city building have been explicitly dealt with. The ultimate objective is that the model after further development will be an auxiliary tool in city planning.

Como estamos indo? Estudo do deslocamento ativo no Brasil

Introdução: O deslocamento ativo tem estreita relação com problemas de saúde pública da atualidade e sua promoção pode contribuir para melhorias quanto à mobilidade urbana, estado de saúde e proteção do meio ambiente. Entretanto, a maior parte das pesquisas sobre o tema tem sido desenvolvida em países de renda alta. A presente tese busca ampliar a investigação sobre o deslocamento ativo no Brasil. Objetivos: i) Descrever a frequência, a distribuição e a variação temporal de indicadores do deslocamento ativo em populações brasileiras; ii) Avaliar o impacto de mudanças no padrão de transporte da população sobre o deslocamento ativo, o tempo sedentário e desfechos de saúde em populações brasileiras. Métodos: Tese composta por sete manuscritos. O primeiro apresenta revisão sistemática de estudos com informações sobre a prática de deslocamento ativo na América Latina e Caribe; o segundo descreve estimativas representativas da população brasileira sobre a prática de deslocamento ativo para o trabalho; o terceiro e o quarto descrevem a frequência e tendência temporal do deslocamento ativo na Região Metropolitana de São Paulo (ciclistas e escolares); o quinto discute a questão da mobilidade urbana e do direito à cidade em São Paulo; o sexto e o sétimo avaliam o impacto de mudanças no padrão de mobilidade da metrópole paulistana sobre a prática de deslocamento ativo, tempo não-ativo de deslocamento e tempo total de deslocamento, bem como sobre a poluição do ar e saúde da população. Resultados: A prevalência mediana de deslocamento ativo encontrada em diferentes locais do Brasil foi de 12 por cento , variando entre 5,1 por cento em Palmas (Tocantins) a 58,9 por cento em Rio Claro (São Paulo) (Manuscrito 1). Um terço dos homens e das mulheres desloca-se a pé ou de bicicleta de casa para o trabalho no país. Em ambos os sexos, esta proporção diminui com o aumento da renda e da escolaridade e é maior entre os mais jovens, entre os que residem em áreas rurais, e na região Nordeste. Em todas as regiões metropolitanas estudadas, o quinto das pessoas de menor renda apresenta uma maior frequência de deslocamento ativo (Manuscrito 2). Entre os anos de 2007 e 2012, observamos redução no número de ciclistas em São Paulo e diferenças expressivas na proporção de ciclistas entre homens e mulheres (9,7 por mil habitantes versus 1,4 por mil habitantes em 2012) (Manuscrito 3). Também verificamos uma queda na proporção de crianças que se deslocam ativamente para a escola entre os anos de 1997 e 2012 (Manuscrito 4). O cenário epidemiológico do deslocamento ativo no país é resultante da disputa pelo direito à cidade, com repercussões na transição de mobilidade humana e na saúde e qualidade de vida da população, como podemos observar no caso de São Paulo (Manuscrito 5). A construção de uma São Paulo mais inclusiva, com menores distâncias para os deslocamentos cotidianos e maior frequência de caminhada e bicicleta, levaria à substancial redução do tempo total e do tempo sedentário despendidos nos deslocamentos, sem diminuir a duração do deslocamento ativo (Manuscrito 6). Traria também ganhos à saúde da população, sobretudo pelo aumento da prática de atividade física e da redução da poluição do ar (Manuscrito 7). Conclusões: A prática de deslocamento ativo no Brasil apresenta marcadas diferenças segundo região e características sociodemográficas. De um modo geral, esta prática vem diminuindo no país, o que deve contribuir negativamente para a saúde da população. A promoção de cidades mais inclusivas e compactas, com o favorecimento a modos ativos de deslocamento, pode contribuir para reverter esta preocupante tendência.

Estrutura espacial urbana e mobilidade: o caso da Região Metropolitana de São Paulo

A metrópole de São Paulo é a maior e mais importante aglomeração urbana do Brasil e está entre as dez maiores áreas urbanas do mundo. No entanto, a forma como acessibilidade espacial ocorre gera um fardo para a população e para a atividade econômica. Este trabalho pretende contribuir para a discussão de como melhorar a acessibilidade na Região Metropolitana de São Paulo estudando as características e impactos de estruturas espaciais urbana, analisando criticamente a estrutura espacial da metrópole e proporcionando sugestões de melhorias a fim de proporcionar uma mobilidade mais sustentável. Os procedimentos metodológicos incluem uma revisão bibliográfica sobre o tema e uma caracterização da estrutura espacial da Região Metropolitana de São Paulo, considerando a alocação de população, alocação de empregos e os padrões de deslocamento para os modais individual, coletivo e não motorizado. Apresentamos um relato da evolução recente, com dados das pesquisas de origem e destino realizadas pelo Metrô em 1997 e 2007 e da pesquisa de mobilidade de 2012. Também realizamos uma caracterização mais aprofundada com os dados da pesquisa de 2007. As cidades se desenvolvem com base no trade-off entre proximidade e mobilidade: a fim de maximizar as possibilidades de interação, as pessoas e as empresas tendem a se localizar onde o deslocamento necessário para executar essas interações requer menos custos financeiros, perda de tempo e desconforto. Esse processo molda a alocação espacial de atividades, que define parcialmente os hábitos de transporte. A estrutura espacial urbana pode ser caracterizada por sua escala (padrões compacto ou disperso), arranjo de densidades (padrão disperso ou clusterizado) e arranjo de atividade (padrão monocêntrico ou policêntrico). Estruturas espaciais com padrão mais compacto apresentam menores distâncias de viagem, reduzindo o impacto ambiental das viagens e viabilizando o transporte não motorizado e coletivo, e levam a um uso mais eficiente da terra, menor custo de infraestrutura e maior equidade no acesso ao transporte. Já estruturas clusterizadas policêntricas são associadas com maior facilidade de acesso à terra. Existe um debate sobre a capacidade de estruturas policêntricas resultarem em uma aproximação generalizada de empregos e residências. A Região Metropolitana de São Paulo apresenta um padrão monocêntrico na escala metropolitana, com fortes movimentos pendulares da periferia para o centro expandido da iii capital. Durante o período de análise, foi observada uma realocação da população para áreas mais centrais da cidade e uma centralização dos empregos ainda mais forte, resultando no agravamento dos movimentos pendulares. Existe uma clara divisão modal por renda: as classes mais altas utilizam majoritariamente automóveis, enquanto as classes mais baixas utilizam majoritariamente transporte coletivo e não motorizado. Para o futuro, o novo plano diretor tem o mérito de caminhar na direção do desenvolvimento urbano orientado pelo transporte sustentável, porém os níveis de densidade máxima permitidos ainda são parecidos com o do plano anterior e a largura dos eixos de adensamento é restrita. Acreditamos ser vantajoso um aumento do adensamento em áreas próximas dos empregos; geração de polos de adensamento em áreas mais afastadas dos empregos, mas próximas das infraestruturas de transporte coletivo de alta velocidade, e desencorajamento do adensamento em áreas com baixa acessibilidade. Também é necessária uma gestão integrada dos transportes, provendo infraestrutura para viagens não motorizadas e viagens intermodais, e uma gestão dos impactos negativos do adensamento.

The Impact of Transit Oriented Development on the Travel Behaviors of Workers in Denver, Colorado

To combat unsustainable transportation systems characterized by reliance on petroleum, polluting emissions, traffic congestion and suburban sprawl, planners encourage mixed use, densely populated areas that provide individuals with opportunities to live, work, eat and shop without necessarily having to drive private automobiles to accommodate their needs. Despite these attempts, the frequency and duration of automobile trips has consistently increased in the United States throughout past decades. While many studies have focused on how residential proximity to transit influences travel behavior, the effect of workplace location has largely been ignored. This paper asks, does working near a TOD influence the travel behaviors of workers differently than workers living near a TOD? We examine the non-work travel behaviors of workers based upon their commuting mode and proximity to TODs. The data came from a 2009 travel behavior survey by the Denver Regional Council of Governments, which contains 8,000 households, 16,000 individuals, and nearly 80,000 trips. We measure sustainable travel behaviors as reduced mileage, reduced number of trips, and increased use of non-automobile transportation. The results of this study indicate that closer proximity of both households and workplaces to TODs decrease levels of car commuting and that non-car commuting leads to more sustainable personal travel behaviors characterized by more trips made with alternative modes.

An evolutive approach for the delineation of local labour markets

This paper presents a new approach to the delineation of local labour markets based on evolutionary computation. The main objective is the regionalisation of a given territory into functional regions based on commuting flows. According to the relevant literature, such regions are defined so that (a) their boundaries are rarely crossed in daily journeys to work, and (b) a high degree of intra-area movement exists. This proposal merges municipalities into functional regions by maximizing a fitness function that measures aggregate intra-region interaction under constraints of inter-region separation and minimum size. Real results are presented based on the latest database from the Census of Population in the Region of Valencia. Comparison between the results obtained through the official method which currently is most widely used (that of British Travel-to-Work Areas) and those from our approach is also presented, showing important improvements in terms of both the number of different market areas identified that meet the statistical criteria and the degree of aggregate intra-market interaction.

An evolutionary approach to the delineation of functional areas based on travel-to-work flows

This paper presents a new approach to the delineation of local labor markets based on evolutionary computation. The aim of the exercise is the division of a given territory into functional regions based on travel-to-work flows. Such regions are defined so that a high degree of inter-regional separation and of intra-regional integration in both cases in terms of commuting flows is guaranteed. Additional requirements include the absence of overlap between delineated regions and the exhaustive coverage of the whole territory. The procedure is based on the maximization of a fitness function that measures aggregate intra-region interaction under constraints of inter-region separation and minimum size. In the experimentation stage, two variations of the fitness function are used, and the process is also applied as a final stage for the optimization of the results from one of the most successful existing methods, which are used by the British authorities for the delineation of travel-to-work areas (TTWAs). The empirical exercise is conducted using real data for a sufficiently large territory that is considered to be representative given the density and variety of travel-to-work patterns that it embraces. The paper includes the quantitative comparison with alternative traditional methods, the assessment of the performance of the set of operators which has been specifically designed to handle the regionalization problem and the evaluation of the convergence process. The robustness of the solutions, something crucial in a research and policy-making context, is also discussed in the paper.

A memetic algorithm for the delineation of local labour markets

Given a territory composed of basic geographical units, the delineation of local labour market areas (LLMAs) can be seen as a problem in which those units are grouped subject to multiple constraints. In previous research, standard genetic algorithms were not able to find valid solutions, and a specific evolutionary algorithm was developed. The inclusion of multiple ad hoc operators allowed the algorithm to find better solutions than those of a widely-used greedy method. However, the percentage of invalid solutions was still very high. In this paper we improve that evolutionary algorithm through the inclusion of (i) a reparation process, that allows every invalid individual to fulfil the constraints and contribute to the evolution, and (ii) a hillclimbing optimisation procedure for each generated individual by means of an appropriate reassignment of some of its constituent units. We compare the results of both techniques against the previous results and a greedy method.

Tiempo de desplazamiento al trabajo y desajuste educativo en el mercado de trabajo español

En este trabajo se analiza cómo el tiempo de trayecto y las características de los mercados laborales locales influyen en el desajuste puesto de trabajo- nivel educativo del individuo, basado en la hipótesis de que los individuos que tienen un mayor tiempo de trayecto al trabajo y mejores condiciones en mercado laboral se asocian a una menor incidencia de la sobreeducación. La sobreeducación afecta a 17 % de los trabajadores en España, y se eleva al 22,4 % para los trabajadores menores de 35 años. El análisis se basa en los datos individuales de los trabajadores españoles que se refiere al período inicial de la crisis económica mundial (2007-2010). La variable dependiente, desajuste educativo-puesto se mide mediante el método subjetivo, basado en las respuestas del individuo a la pregunta de cómo ajusta su nivel de educación a las necesidades del trabajo que actualmente ocupan. La variable de interés son: (a) el tiempo de trayecto, es decir, el tiempo que tarda el individuo en llegar a su trabajo, y (b) dos variables que tienen en cuenta de las condiciones del mercado local: la tasa regional de desempleo (esta variable se refieren a la división territorial de España a nivel NUTS 2 y desglose por sexo y nivel de educación de cada Comunidad Autónoma sobre la base de las cifras medias anuales de la Encuesta de Población Activa española (EPA) para el período 2007-2010) y el tamaño del municipio. Se incluyen las variables de control habituales relativas al puesto de trabajo y variables dummy de los años de la muestra. Los resultados sugieren que las difíciles condiciones de trabajo regionales en términos de altas tasas de desempleo pueden actuar contra el efecto hipotético de la movilidad en la reducción del desajuste educativo, por lo tanto, se obtiene a una conclusión opuesta a la planteada en algunos trabajos anteriores.

Transit-supportive development in the United States: experiences and prospects. Final report.

Federal Transit Administration, Washington, D.C.

National bicycling and walking study.

"April 1993."

Evaluation of rail rapid transit and express bus service in the urban commuter market. Final report.

Transportation Department, Office of Transportation Planning Analysis, Washington, D.C.

Demographic change and recent worktrip travel trends /

"February 1985."

Nationwide Personal Transportation Survey : summary of travel trends /

Includes glossary.