Integrating high and moderate spatial resolution image data to estimate forest age structure

The collection of spatial information to quantify changes to the state and condition of the environment is a fundamental component of conservation or sustainable utilization of tropical and subtropical forests, Age is an important structural attribute of old-growth forests influencing biological diversity in Australia eucalypt forests. Aerial photograph interpretation has traditionally been used for mapping the age and structure of forest stands. However this method is subjective and is not able to accurately capture fine to landscape scale variation necessary for ecological studies. Identification and mapping of fine to landscape scale vegetative structural attributes will allow the compilation of information associated with Montreal Process indicators lb and ld, which seek to determine linkages between age structure and the diversity and abundance of forest fauna populations. This project integrated measurements of structural attributes derived from a canopy-height elevation model with results from a geometrical-optical/spectral mixture analysis model to map forest age structure at a landscape scale. The availability of multiple-scale data allows the transfer of high-resolution attributes to landscape scale monitoring. Multispectral image data were obtained from a DMSV (Digital Multi-Spectral Video) sensor over St Mary's State Forest in Southeast Queensland, Australia. Local scene variance levels for different forest tapes calculated from the DMSV data were used to optimize the tree density and canopy size output in a geometric-optical model applied to a Landsat Thematic Mapper (TU) data set. Airborne laser scanner data obtained over the project area were used to calibrate a digital filter to extract tree heights from a digital elevation model that was derived from scanned colour stereopairs. The modelled estimates of tree height, crown size, and tree density were used to produce a decision-tree classification of forest successional stage at a landscape scale. The results obtained (72% accuracy), were limited in validation, but demonstrate potential for using the multi-scale methodology to provide spatial information for forestry policy objectives (ie., monitoring forest age structure).

Detection of lateral gene transfer among microbial genomes

An increasingly comprehensive assessment is being developed of the extent and potential significance of lateral gene transfer among microbial genomes. Genomic sequences can be identified as being of putatively lateral origin by their unexpected phyletic distribution, atypical sequence composition, differential presence or absence in closely related genomes, or incongruent phylogenetic trees. These complementary approaches sometimes yield inconsistent results. Not only more data but also quantitative models and simulations are needed urgently.

Probabilistic modelling of CO2 corrosion laboratory data using neural networks

The present paper addresses two major concerns that were identified when developing neural network based prediction models and which can limit their wider applicability in the industry. The first problem is that it appears neural network models are not readily available to a corrosion engineer. Therefore the first part of this paper describes a neural network model of CO2 corrosion which was created using a standard commercial software package and simple modelling strategies. It was found that such a model was able to capture practically all of the trends noticed in the experimental data with acceptable accuracy. This exercise has proven that a corrosion engineer could readily develop a neural network model such as the one described below for any problem at hand, given that sufficient experimental data exist. This applies even in the cases when the understanding of the underlying processes is poor. The second problem arises from cases when all the required inputs for a model are not known or can be estimated with a limited degree of accuracy. It seems advantageous to have models that can take as input a range rather than a single value. One such model, based on the so-called Monte Carlo approach, is presented. A number of comparisons are shown which have illustrated how a corrosion engineer might use this approach to rapidly test the sensitivity of a model to the uncertainities associated with the input parameters. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Copper transfer from the Cu(I) chaperone, CopZ, to the repressor, Zn(II)CopY: Metal coordination environments and protein interactions

Extracellular copper regulates the DNA binding activity of the CopY repressor of Enterococcus hirae and thereby controls expression of the copper homeostatic genes encoded by the cop operon. CopY has a CxCxxxxCxC metal binding motif. CopZ, a copper chaperone belonging to a family of metallochaperones characterized by a MxCxxC metal binding motif, transfers copper to CopY. The copper binding stoichiometries of CopZ and CopY were determined by in vitro metal reconstitutions. The stoichiometries were found to be one copper(l) per CopZ and two copper(l) per CopY monomer. X-ray absorption studies suggested a mixture of two- and three-coordinate copper in Cu(1)CopZ, but a purely three-coordinate copper coordination with a Cu-Cu interaction for Cu(1)(2)CopY. The latter coordination is consistent with the formation of a compact binuclear Cu(l)-thiolate core in the CxCxxxxCxC binding motif of CopY. Displacement of zinc, by copper. from CopY was monitored with 2,4-pyridylazoresorcinol. Two copper(l) ions were required to release the single zinc(II) ion bound per CopY monomer. The specificity of copper transfer between CopZ and CopY was dependent on electrostatic interactions. Relative copper binding affinities of the proteins were investigated using the chelator, diethyldithiocarbamic acid (DDC). These data suggest that CopY has a higher affinity for copper than CopZ. However, this affinity difference is not the sole factor in the copper exchange: a charge-based interaction between the two proteins is required for the transfer reaction to proceed. Gain-of-function mutation of a CopZ homologue demonstrated the necessity of four lysine residues on the chaperone for the interaction with CopY. Taken together, these results suggest a mechanism for copper exchange between CopZ and CopY.

The effect of latent heat of fusion on heat transfer in fluidized-bed coating of thin plates

This paper presents a numerical study of fluidized-bed coating on thin plates using an orthogonal collocation technique. Inclusion of the latent heat of fusion term in the boundary conditions of the mathematical model accounts for the fact that some polymer powders used in coating may be partially crystalline. Predictions of coating thickness on flat plates were made with actual polymers used in fluidized-bed coating. Reasonably good agreement between numerical predictions of the coating thickness and experimental coating data of Richart was obtained for steel panels preheated to 316 degreesC. A good agreement was also obtained between numerical predictions and our coating thickness data for nylon-11 and polyethylene powders. Predicted coating thickness for polyethylene powder on flat plates were obtained with values of heat transfer coefficient closer to those obtained from our experiments. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The first strand transfer reaction of HIV-1 reverse transcription is more efficient in infected cells than in cell-free natural endogenous reverse transcription reactions

Background: In the presence of dNTPs, intact HIV-1 virions are capable of reverse transcribing at least part of their genome, a process known as natural endogenous reverse transcription (NERT). PCR analysis of virion DNA produced by NERT revealed that the first strand transfer reaction (1stST) was inefficient in intact virions, with minus strand (-) strong stop DNA (ssDNA) copy numbers up to 200 times higher than post-1stST products measured using primers in U3 and U5. This was in marked contrast to the efficiency of 1stST observed in single-round cell infection assays, in which (-) ssDNA and U3-U5 copy numbers were indistinguishable. Objectives: To investigate the reasons for the discrepancy in first strand transfer efficiency between intact cell-free virus and the infection process. Study design: Alterations of both NERT reactions and the conditions of cell infection were used to test whether uncoating and/or entry play a role in the discrepancy in first strand transfer efficiency. Results and Conclusions: The difference in 1stST efficiency could not be attributed simply to viral uncoating, since addition of very low concentrations of detergent to NERT reactions removed the viral envelope without disrupting the reverse transcription complex, and these conditions resulted in no improvement in 1stST efficiency. Virus pseudotyped with surface glycoproteins from either vesicular stomatitis virus or amphotrophic murine leukaemia virus also showed low levels of 1stST in low detergent NERT assays and equivalent levels of (-) ssDNA and 1stST in single-round infections of cells, demonstrating that the gp120-mediated infection process did not select for virions capable of carrying out 1stST. These data indicate that a post-entry event or factor may be involved in efficient HIV-1 reverse transcription in vivo. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

A Wireless EEG Acquisition Platform based on Embedded Systems

This paper proposes a wireless EEG acquisition platform based on Open Multimedia Architecture Platform (OMAP) embedded system. A high-impedance active dry electrode was tested for improving the scalp- electrode interface. It was used the sigma-delta ADS1298 analog-to-digital converter, and developed a “kernelspace” character driver to manage the communications between the converter unit and the OMAP’s ARM core. The acquired EEG signal data is processed by a “userspace” application, which accesses the driver’s memory, saves the data to a SD-card and transmits them through a wireless TCP/IP-socket to a PC. The electrodes were tested through the alpha wave replacement phenomenon. The experimental results presented the expected alpha rhythm (8-13 Hz) reactiveness to the eyes opening task. The driver spends about 725 μs to acquire and store the data samples. The application takes about 244 μs to get the data from the driver and 1.4 ms to save it in the SD-card. A WiFi throughput of 12.8Mbps was measured which results in a transmission time of 5 ms for 512 kb of data. The embedded system consumes about 200 mAh when wireless off and 400 mAh when it is on. The system exhibits a reliable performance to record EEG signals and transmit them wirelessly. Besides the microcontroller-based architectures, the proposed platform demonstrates that powerful ARM processors running embedded operating systems can be programmed with real-time constrains at the kernel level in order to control hardware, while maintaining their parallel processing abilities in high level software applications.

WPAC: wireless payment and access control: dispositivos móveis no pagamento de serviços e controlo de acessos

A rápida evolução dos dispositivos móveis e das tecnologias de comunicação sem fios transformou o telemóvel num poderoso dispositivo de computação móvel. A necessidade de estar sempre contactável, comum à civilização moderna, tem aumentado a dependência deste dispositivo, sendo transportado pela maioria das pessoas num ambiente urbano e assumindo um papel talvez mais importante que a própria carteira. A ubiquidade e capacidade de computação dos telemóveis aumentam o interesse no desenvolvimento de serviços móveis, além de tradicionais serviços de voz. Um telemóvel pode em breve tornar-se um elemento activo nas nossas tarefas diárias, servindo como um instrumento de pagamento e controlo de acessos, proporcionando assim novas interfaces para serviços existentes. A unificação de vários serviços num único dispositivo é um desafio que pode simplificar a nossa rotina diária e aumentar o conforto, no limite deixaremos de necessitar de dinheiro físico, cartões de crédito ou débito, chaves de residência e de veículos automóveis, ou inclusive documentos de identificação como bilhetes de identidade ou passaportes. O interesse demonstrado pelos intervenientes, desde os fabricantes de telemóveis e operadores de rede móvel até às instituições financeiras, levaram ao aparecimento de múltiplas soluções de serviços móveis. Porém estas soluções respondem geralmente a problemas específicos, apenas contemplando um fornecedor de serviços ou uma determinada operação de pagamento, como seja a compra de bilhetes ou pagamento de estacionamento. Estas soluções emergentes consistem também tipicamente em especificações fechadas e protocolos proprietários. A definição de uma arquitectura genérica, aberta interoperável e extensível é necessária para que os serviços móveis possam ser adoptados de uma forma generalizada por diferentes fornecedores de serviços e para diversos tipos de pagamento. A maior parte das soluções actuais de pagamento móvel depende de comunicações através da rede móvel, algumas utilizam o telemóvel apenas como uma interface de acesso à internet enquanto outras possibilitam o envio de um SMS (Short Message Service) para autorizar uma transacção, o que implica custos de comunicação em todas as operações de pagamento. Este custo de operação torna essas soluções inadequadas para a realização de micropagamentos e podem por isso ter uma aceitação limitada por parte dos clientes. As soluções existentes focam-se maioritariamente em pagamentos à distância, não tirando partido das características do pagamento presencial e não oferecendo por isso uma verdadeira alternativa ao modelo actual de pagamento com cartões de crédito/débito. As capacidades computacionais dos telemóveis e suporte de diversos protocolos de comunicação sem fio local não têm sido aproveitadas, vendo o telemóvel apenas como um terminal GSM (Global System for Mobile Communications) e não oferecendo serviços adicionais como seja a avaliação dinâmica de risco ou controlo de despesas. Esta dissertação propõe e valida, através de um demonstrador, uma aquitectua aberta para o pagamento e controlo de acesso baseado em dispositivos móveis, intitulada WPAC (Wireless Payment and Access Control). Para chegar à solução apresentada foram estudadas outras soluções de pagamento, desde o aparecimento dos cartões de débito até a era de pagamentos electrónicos móveis, passando pelas soluções de pagamento através da internet. As capacidades dos dispositivos móveis, designadamente os telemóveis, e tecnologias de comunicação sem fios foram também analisadas a fim de determinar o estado tecnológico actual. A arquitectura WPAC utiliza padrões de desenho utilizados pela indústria em soluções de sucesso, a utilização de padrões testados e a reutilização de soluções com provas dadas permite aumentar a confiança nesta solução, um destes exemplos é a utilização de uma infra-estrutura de chave pública para o estabelecimento de um canal de comunicação seguro. Esta especificação é uma arquitectura orientada aos serviços que utiliza os Web Services para a definição do contracto do serviço de pagamento. A viabilidade da solução na orquestração de um conjunto de tecnologias e a prova de conceito de novas abordagens é alcançada com a construção de um protótipo e a realização de testes. A arquitectura WPAC possibilita a realização de pagamentos móveis presenciais, isto é, junto do fornecedor de bens ou serviços, seguindo o modelo de pagamento com cartões de crédito/débito no que diz respeito aos intervenientes e relações entre eles. Esta especificação inclui como aspecto inovador a avaliação dinâmica de risco, que utiliza o valor do pagamento, a existência de pagamentos frequentes num período curto de tempo, e a data, hora e local do pagamento como factores de risco; solicitando ao cliente o conjunto de credenciais adequado ao risco avaliado, desde códigos pessoais a dados biométricos. É também apresentada uma alternativa ao processo normal de pagamento, que apesar de menos cómoda permite efectuar pagamentos quando não é possível estabelecer um canal de comunicação sem fios, aumentando assim a tolerância a falhas. Esta solução não implica custos de operação para o cliente na comunicação com o ponto de venda do comerciante, que é realizada através de tecnologias de comunicação local sem fios, pode ser necessária a comunicação através da rede móvel com o emissor do agente de pagamento para a actualização do agente de software ou de dados de segurança, mas essas transmissões são ocasionais. O modelo de segurança recorre a certificados para autenticação dos intervenientes e a uma infra-estrutura de chave pública para cifra e assinatura de mensagens. Os dados de segurança incluídos no agente de software móvel, para desabilitar a cópia ou corrupção da aplicação mas também para a comparação com as credenciais inseridas pelo cliente, devem igualmente ser encriptados e assinados de forma a garantir a sua confidencialidade e integridade. A arquitectura de pagamento utiliza o standard de Web Services, que é amplamente conhecido, aberto e interoperável, para definição do serviço de pagamento. Existem extensões à especificação de Web Services relativas à segurança que permitem trocar itens de segurança e definem o modo de cifra e assinatura de mensagens, possibilitando assim a sua utilização em aplicações que necessitem de segurança como é o caso de serviços de pagamento e controlo de acesso. O contracto de um Web Service define o modo de invocação dos serviços, transmissão de informação e representação de dados, sendo normalmente utilizado o protocolo SOAP que na prática não é mais que um protocolo de troca de mansagens XML (eXtensible Markup Language). O envio e recepção de mensagens XML; ou seja, a transmissão de simples sequências de caracteres, é suportado pela maioria dos protocolos de comunicação, sendo portanto uma solução abrangente que permite a adopção de diversas tecnologias de comunicação sem fios. O protótipo inclui um agente de software móvel, implementado sobre a forma de uma MIDlet, aplicação Java para dispositivos móveis, que implementa o protocolo de pagamento comunicando sobre uma ligação Bluetooth com o ponto de venda do comerciante, simulado por uma aplicação desenvolvida sobre a plataforma .NET e que por isso faz prova da heterogeneidade da solução. A comunicação entre o comerciante e o seu banco para autorização do pagamento e transferência monetária utiliza o protocolo existente para a autorização de pagamentos, com base em cartões de crédito/débito. A definição desta especificação aberta e genérica em conjunto com o forte interesse demonstrado pelos intervenientes, proporciona uma boa perspectiva em termos de adopção da solução, o que pode impulsionar a implementação de serviços móveis e dessa forma simplificar as rotinas diárias das pessoas. Soluções móveis de pagamento reduzem a necessidade de transportar vários cartões de crédito/débito na nossa carteira. A avaliação dinâmica de risco permite aumentar a segurança dos pagamentos, com a solicitação de mais credenciais ao cliente para pagamentos com um maior risco associado, sendo um ponto importante quer para os clientes quer para as instituições financeiras pois diminui o risco de fraude e aumenta a confiança no sistema. Esta solução de pagamento electrónico pode também facilitar a consulta de pagamentos efectuados e saldos, mantendo um histórico dos movimentos, o que não é possível nos cartões de crédito/débito sem uma visita a uma ATM (Automated Teller Machine) ou utilização de homebanking.

Supervisão, comando e controlo para sistemas robóticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização em Sistemas Autónomos

Integração da tecnologia Near Field Communications nas telecomunicações móveis

O telemóvel tem-se transformado numa ferramenta essencial no nosso dia-a-dia, constantemente são lançadas novas tecnologias que potenciam o uso do telemóvel nas tarefas do nosso quotidiano. Atualmente a grande tendência passa por fazer o download de aplicações com o objetivo de obter mais e diferentes tipos de informação, existe o desejo de ler de forma simples e intuitiva o mundo que nos rodeia, como se cada elemento fosse um objeto sobre o qual conseguiremos obter informação através do telemóvel. A tecnologia Near Field Communication (NFC) ajuda a transformar este desejo ou necessidade numa realidade de simples alcance. Podemos anexar “identificadores” nos objetos e “ver” estes identificadores através do telemóvel recorrendo a aplicações que fazem a ponte com os sistemas que nos permitem obter mais informação, por exemplo, internet. O NFC especifica um padrão de comunicação de redes sem fios, que permite a transferência de dados entre dois dispositivos separados por uma distância máxima de 10cm. NFC foi desenhado para ser integrado em telemóveis, que podem comunicar com outros telemóveis equipados com NFC ou ler informação de cartões ou tags. A dissertação avalia as oportunidades que a tecnologia NFC oferece ao mundo das telecomunicações móveis, nomeadamente na realidade do operador Vodafone Portugal, principalmente numa relação Empresa - Cliente. Esta tecnologia reúne o interesse dos fabricantes dos telemóveis, dos operadores e de parceiros críticos que vão ajudar a potenciar o negócio, nomeadamente entidades bancárias e interbancárias. A tecnologia NFC permite utilizar o telemóvel como um cartão de crédito/debito, ticketing, ler informação de posters (Smart Poster) que despoletem navegação contextualizada para outras aplicações ou para a internet para obter mais informação ou concretizar compras, estes são alguns cenários identificados que mais valor o NFC consegue oferecer. A dissertação foca-se na avaliação técnica do NFC na área de Smart Posters e resulta na identificação num conjunto de novos cenários de utilização, que são especificados e complementados com o desenvolvimento de um protótipo.

Disseminating data using broadcast when topology is unknown

Consider the problem of disseminating data from an arbitrary source node to all other nodes in a distributed computer system, like Wireless Sensor Networks (WSNs). We assume that wireless broadcast is used and nodes do not know the topology. We propose new protocols which disseminate data faster and use fewer broadcasts than the simple broadcast protocol.

RadiaLE: A framework for designing and assessing link quality estimators in wireless sensor networks

Stringent cost and energy constraints impose the use of low-cost and low-power radio transceivers in large-scale wireless sensor networks (WSNs). This fact, together with the harsh characteristics of the physical environment, requires a rigorous WSN design. Mechanisms for WSN deployment and topology control, MAC and routing, resource and mobility management, greatly depend on reliable link quality estimators (LQEs). This paper describes the RadiaLE framework, which enables the experimental assessment, design and optimization of LQEs. RadiaLE comprises (i) the hardware components of the WSN testbed and (ii) a software tool for setting-up and controlling the experiments, automating link measurements gathering through packets-statistics collection, and analyzing the collected data, allowing for LQEs evaluation. We also propose a methodology that allows (i) to properly set different types of links and different types of traffic, (ii) to collect rich link measurements, and (iii) to validate LQEs using a holistic and unified approach. To demonstrate the validity and usefulness of RadiaLE, we present two case studies: the characterization of low-power links and a comparison between six representative LQEs. We also extend the second study for evaluating the accuracy of the TOSSIM 2 channel model.

RiSeG: a ring based secure group communication protocol for resource-constrained wireless sensor networks

Securing group communication in wireless sensor networks has recently been extensively investigated. Many works have addressed this issue, and they have considered the grouping concept differently. In this paper, we consider a group as being a set of nodes sensing the same data type, and we alternatively propose an efficient secure group communication scheme guaranteeing secure group management and secure group key distribution. The proposed scheme (RiSeG) is based on a logical ring architecture, which permits to alleviate the group controller’s task in updating the group key. The proposed scheme also provides backward and forward secrecy, addresses the node compromise attack, and gives a solution to detect and eliminate the compromised nodes. The security analysis and performance evaluation show that the proposed scheme is secure, highly efficient, and lightweight. A comparison with the logical key hierarchy is preformed to prove the rekeying process efficiency of RiSeG. Finally, we present the implementation details of RiSeG on top of TelosB sensor nodes to demonstrate its feasibility.

Building a microscope for the data center

Managing the physical and compute infrastructure of a large data center is an embodiment of a Cyber-Physical System (CPS). The physical parameters of the data center (such as power, temperature, pressure, humidity) are tightly coupled with computations, even more so in upcoming data centers, where the location of workloads can vary substantially due, for example, to workloads being moved in a cloud infrastructure hosted in the data center. In this paper, we describe a data collection and distribution architecture that enables gathering physical parameters of a large data center at a very high temporal and spatial resolutionof the sensor measurements. We think this is an important characteristic to enable more accurate heat-flow models of the data center andwith them, _and opportunities to optimize energy consumption. Havinga high resolution picture of the data center conditions, also enables minimizing local hotspots, perform more accurate predictive maintenance (pending failures in cooling and other infrastructure equipment can be more promptly detected) and more accurate billing. We detail this architecture and define the structure of the underlying messaging system that is used to collect and distribute the data. Finally, we show the results of a preliminary study of a typical data center radio environment.