Mobile robot experimental modeling and control strategies using sensor fusion

This research work deals with the problem of modeling and design of low level speed controller for the mobile robot PRIM. The main objective is to develop an effective educational, and research tool. On one hand, the interests in using the open mobile platform PRIM consist in integrating several highly related subjects to the automatic control theory in an educational context, by embracing the subjects of communications, signal processing, sensor fusion and hardware design, amongst others. On the other hand, the idea is to implement useful navigation strategies such that the robot can be served as a mobile multimedia information point. It is in this context, when navigation strategies are oriented to goal achievement, that a local model predictive control is attained. Hence, such studies are presented as a very interesting control strategy in order to develop the future capabilities of the system. In this context the research developed includes the visual information as a meaningful source that allows detecting the obstacle position coordinates as well as planning the free obstacle trajectory that should be reached by the robot

Airborne exposures to monoethanolamine, glycol ethers, and benzyl alcohol during professional cleaning: a pilot study

A growing body of epidemiologic evidence suggests an association between exposure to cleaning products and respiratory dysfunction. Due to the lack of quantitative assessments of respiratory exposures to airborne irritants and sensitizers among professional cleaners, the culpable substances have yet to be identified.Purpose: Focusing on previously identified irritants, our aims were to determine (i) airborne concentrations of monoethanolamine (MEA), glycol ethers, and benzyl alcohol (BA) during different cleaning tasks performed by professional cleaning workers and assess their determinants; and (ii) air concentrations of formaldehyde, a known indoor air contaminant. METHODS: Personal air samples were collected in 12 cleaning companies, and analyzed by conventional methods. RESULTS: Nearly all air concentrations [MEA (n = 68), glycol ethers (n = 79), BA (n = 15), and formaldehyde (n = 45)] were far below (<1/10) of the corresponding Swiss occupational exposure limits (OEL), except for ethylene glycol mono-n-butyl ether (EGBE). For butoxypropanol and BA, no OELs exist. Although only detected once, EGBE air concentrations (n = 4) were high (49.48-58.72mg m(-3)), and close to the Swiss OEL (49mg m(-3)). When substances were not noted as present in safety data sheets of cleaning products used but were measured, air concentrations showed no presence of MEA, while the glycol ethers were often present, and formaldehyde was universally detected. Exposure to MEA was affected by its amount used (P = 0.036), and spraying (P = 0.000) and exposure to butoxypropanol was affected by spraying (P = 0.007) and cross-ventilation (P = 0.000). CONCLUSIONS: Professional cleaners were found to be exposed to multiple airborne irritants at low concentrations, thus these substances should be considered in investigations of respiratory dysfunctions in the cleaning industry; especially in specialized cleaning tasks such as intensive floor cleaning.

Imagens do sensor MODIS associadas a um modelo agronômico para estimar a produtividade de soja

O objetivo deste trabalho foi estimar a produtividade de soja no Rio Grande do Sul, nas safras de 2000/2001 a 2002/2003, por meio de um modelo agronômico implementado em um Sistema de Informação Geográfica (SIG). Duas abordagens foram utilizadas: o modelo agronômico (AGRO), com valores de índice de área foliar (IAF) obtidos da literatura; e o modelo agronômico-espectral (AGROESPEC), com valores de IAF estimados a partir das imagens MODIS (moderate resolution imaging spectroradiometer). As estimativas de produtividade obtidas pelo modelo foram comparadas àquelas fornecidas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), com o uso do teste t para pares de observação. Nas safras 2000/2001 e 2001/2002, não foram observadas diferenças significativas. Para 2002/2003, o modelo subestimou o valor de produtividade em 7,87 e 7,04%, nas abordagens AGRO e AGROESPEC, respectivamente, em comparação à produtividade fornecida pelo IBGE. Ambas as abordagens do modelo permitiram avaliação objetiva e quantitativa do efeito das condições meteorológicas sobre a produtividade de soja. Entretanto, o AGROESPEC forneceu estimativas mais detalhadas, no que se refere à variação espacial da produtividade, em razão do emprego dos valores de IAF estimados a partir das imagens MODIS.

Mapeamento da temperatura da superfície terrestre com uso do sensor AVHRR/NOAA

O objetivo deste trabalho foi avaliar a adequação do uso do sensor AVHRR/NOAA (Advanced Very High Resolution Radiometer/National Oceanic and Atmospheric Administration) para mapeamento da temperatura da superfície terrestre (TST) no Estado do Rio Grande do Sul, por meio da comparação entre três algoritmos clássicos. Foram comparados os métodos de Becker & Li, Sobrino et al. e Kerr et al. para estimativa das TST mínimas, utilizando imagens noturnas e logo após o amanhecer. Os dados de emissividade e TST foram obtidos por meio de combinações matemáticas da radiação detectada nas faixas do visível, infravermelho próximo e termal do sensor AVHRR/NOAA. O sensor AVHRR é adequado para o mapeamento de TST para as condições do tipo de cobertura do solo que predominam no Rio Grande do Sul, visto que a TST estimada pelos três métodos testados foi próxima à temperatura do ar medida nos locais selecionados. O método de Sobrino et al. foi o mais adequado.

Wireless Sensor Networks for Infrastructure Monitoring, TR-611, 2010

A good system of preventive bridge maintenance enhances the ability of engineers to manage and monitor bridge conditions, and take proper action at the right time. Traditionally infrastructure inspection is performed via infrequent periodical visual inspection in the field. Wireless sensor technology provides an alternative cost-effective approach for constant monitoring of infrastructures. Scientific data-acquisition systems make reliable structural measurements, even in inaccessible and harsh environments by using wireless sensors. With advances in sensor technology and availability of low cost integrated circuits, a wireless monitoring sensor network has been considered to be the new generation technology for structural health monitoring. The main goal of this project was to implement a wireless sensor network for monitoring the behavior and integrity of highway bridges. At the core of the system is a low-cost, low power wireless strain sensor node whose hardware design is optimized for structural monitoring applications. The key components of the systems are the control unit, sensors, software and communication capability. The extensive information developed for each of these areas has been used to design the system. The performance and reliability of the proposed wireless monitoring system is validated on a 34 feet span composite beam in slab bridge in Black Hawk County, Iowa. The micro strain data is successfully extracted from output-only response collected by the wireless monitoring system. The energy efficiency of the system was investigated to estimate the battery lifetime of the wireless sensor nodes. This report also documents system design, the method used for data acquisition, and system validation and field testing. Recommendations on further implementation of wireless sensor networks for long term monitoring are provided.

Comportamento do NDVI obtido por sensor ótico ativo em cereais

O objetivo deste trabalho foi avaliar, com um sensor ótico ativo, o comportamento do índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI - "normalized difference vegetation index"), nas culturas de trigo, triticale, cevada e milho. Cinco experimentos foram conduzidos no Paraná e São Paulo, com variação de classes de solo, doses e fontes de N, e variedades de trigo. As seguintes variáveis foram avaliadas: NDVI, teor de N foliar, matéria seca e produtividade das culturas. Análises de regressões foram realizadas entre as doses de N aplicadas e NDVI, teor de N foliar, matéria seca e produtividade. Análises de correlação entre as variáveis foram realizadas. O trigo, triticale e cevada apresentaram resposta às aplicações de doses crescentes de N, pelo aumento nas leituras do NDVI, no teor de N foliar e na produtividade. Medido pelo sensor ótico ativo utilizado, o NDVI apresenta alto potencial para manejo do N nas culturas do trigo, triticale e cevada, e baixo potencial para a cultura do milho. Há interferência das variedades de trigo nas leituras do sensor ótico ativo.

GacS sensor domains pertinent to the regulation of exoproduct formation and to the biocontrol potential of Pseudomonas fluorescens CHA0.

In the root-colonizing biocontrol strain CHA0 of Pseudomonas fluorescens, cell density-dependent synthesis of extracellular, plant-beneficial secondary metabolites and enzymes is positively regulated by the GacS/GacA two-component system. Mutational analysis of the GacS sensor kinase using improved single-copy vectors showed that inactivation of each of the three conserved phosphate acceptor sites caused an exoproduct null phenotype (GacS-), whereas deletion of the periplasmic loop domain had no significant effect on the expression of exoproduct genes. Strain CHA0 is known to synthesize a solvent-extractable extracellular signal that advances and enhances the expression of exoproduct genes during the transition from exponential to stationary growth phase when maximal exoproduct formation occurs. Mutational inactivation of either GacS or its cognate response regulator GacA abolished the strain's response to added signal. Deletion of the linker domain of the GacS sensor kinase caused signal-independent, strongly elevated expression of exoproduct genes at low cell densities. In contrast to the wild-type strain CHA0, the gacS linker mutant and a gacS null mutant were unable to protect tomato plants from crown and root rot caused by Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici in a soil-less microcosm, indicating that, at least in this plant-pathogen system, there is no advantage in using a signal-independent biocontrol strain.

Exposure to bioaerosols in poultry houses at different stages of fattening: use of real-time PCR for airborne bacterial quantification

Previous studies have demonstrated that poultry-house workers are exposed to very high levels of organic dust and consequently have an increased prevalence of adverse respiratory symptoms. However, the influence of the age of broilers, on bioaerosol concentrations has not been investigated. To evaluate the evolution of bioaerosol concentration during the fattening period, bioaerosol parameters (inhalable dust, endotoxin and bacteria) were measured in 12 poultry confinement buildings in Switzerland, at 3 different stages of the birds' growth; Samples of air taken from within the breathing zones of individual poultry-house employees as they caught the chickens ready to be transported for slaughter, were also analysed. Quantitative PCR (Q-PCR) was used to assess the quantity of total airborne bacteria and total airborne Staphylococcus species. Bioaerosol levels increased significantly during the fattening period of the chickens. During the task of catching mature birds, the mean inhalable dust concentration for a worker was 31 ± 4.7 mg/m3, and endotoxin concentration was 11'080 ± 3436 UE/m3 air, more than ten-fold higher than the Swiss occupational recommended value (1000 UE/m3). The mean exposure level of bird catchers to total bacteria and Staphylococcus species measured by Q-PCR is also very high, respectively reaching values of 72 (± 11) x107 cells/m3 air and 70 (± 16) x106/m3 air. It was concluded that in the absence of wearing protective breathing apparatus, chicken catchers in Switzerland risk exposure beyond recommended limits for all measured bioaerosol parameters. Moreover, the use of Q-PCR to estimate total and specific numbers of airborne bacteria is a promising tool for evaluating any modifications intended to improve the safety of current working practices.

Avaliação de fluxos de calor e evapotranspiração pelo modelo SEBAL com uso de dados do sensor ASTER

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da aplicação do modelo SEBAL em estimar os fluxos de energia em superfície e a evapotranspiração diária, numa extensa área de cultivo de arroz irrigado, no município de Paraíso do Sul, RS, tendo como parâmetros dados do sensor ASTER. As variáveis estudadas constituem importantes parâmetros do tempo e do clima em estudos agrometeorológicos e de racionalização no uso da água. As metodologias convencionais de estimativa desses parâmetros são pontuais e geralmente apresentam incertezas, que aumentam quando o interesse é o comportamento espacial desses parâmetros. Aplicou-se o algoritmo "Surface Energy Balance Algorithm for Land" (SEBAL), em uma imagem do sensor "Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer" (ASTER). As estimativas obtidas foram comparadas com medições em campo, realizadas por uma estação micrometeorológica localizada no interior da área de estudo. As estimativas mais precisas foram as de fluxo de calor sensível e de evapotranspiração diária, e a estimativa que apresentou maior erro foi a do fluxo de calor no solo. A metodologia empregada foi capaz de reproduzir os fluxos de energia em superfície de maneira satisfatória para estudos agrometeorológicos e de rendimento de culturas.

Validação de modelo para predição do potencial produtivo de trigo com sensor óptico ativo

O objetivo deste trabalho foi validar um modelo baseado no índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), para a predição da variabilidade espacial da biomassa acumulada na parte aérea e da produtividade de grãos de trigo. Foram realizadas leituras georreferenciadas de NDVI e biomassa, no final do afilhamento, e produtividade. O modelo proposto permitiu relacionar classes de variabilidade espacial do NDVI e da biomassa, com 81% de correspondência entre elas. Entretanto, a relação entre as classes de variabilidade espacial da produtividade e do NDVI foi menor, com 48% de correspondência.

Sensor óptico no auxílio à recomendação de adubação nitrogenada em cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de um sensor óptico ativo terrestre como auxiliar na recomendação da aplicação de nitrogênio em taxa variável, na cultura da cana-de-açúcar. Foram instalados experimentos em delineamento de blocos ao acaso, com uso de diferentes doses de N (0, 50, 100, 150 e 200 kg ha-1). A resposta da cana-de-açúcar ao N foi avaliada por diferentes métodos - sensor óptico, clorofilômetro e teor foliar de N -, quando a altura média dos colmos atingiu 0,2, 0,4 e 0,6 m. Observou-se baixa correlação entre o teor foliar de N e a quantidade de clorofila nas folhas mensuradas por clorofilômetro. Portanto, essas características foram insuficientes para avaliar a eficiência do sensor óptico, uma vez que os valores mensurados se elevaram conforme o aumento da dose de N. A estratégia de recomendação com base na resposta da cultura, estimada pelo sensor óptico em faixa de cana-de-açúcar que recebeu a dose adequada de N, mostrou-se mais condizente com a produtividade obtida. O sensor óptico é ferramenta útil para auxiliar na recomendação de N para a cultura da cana-de-açúcar, ao se considerar a variabilidade espacial da sua demanda.

Imagens multipolarizadas do sensor Palsar/Alos na discriminação das fases fenológicas da cana‑de‑açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial das imagens multipolarizadas do sensor‑radar Palsar/Alos em diferenciar as fases fenológicas da cana‑de‑açúcar. Valores digitais de quatro imagens do sensor, dos meses de fevereiro, maio, agosto e outubro de 2008, com polarizações HH (emissão e recebimento de onda na polarização horizontal) e HV (emissão de onda na polarização horizontal e recebimento na vertical), foram convertidos para coeficientes de retroespalhamento (σ°), para a análise de dados de cana‑de‑açúcar, cultivadas em talhões na região nordeste do Estado de São Paulo. Foram selecionadas três variedades, em diferentes estágios fenológicos: RB85‑5156, seis talhões; RB86‑7515, dez talhões; e RB92‑5345, dez talhões. As diferenças entre as fases fenológicas foram avaliadas para cada uma das variedades e, também, entre as variedades. A utilização simultânea ou não dos dados do sensor Palsar/Alos, obtidos em duas polarizações, foi capaz de discriminar as diferentes fases de crescimento da cana‑de‑açúcar, com exceção da fase de crescimento dos colmos e a fase de maturação, em que não foi observada diferença significativa.

Séries temporais de NDVI do sensor SPOT Vegetation e algoritmo SAM aplicados ao mapeamento de cana‑de‑açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar o mapeamento de área de cana‑de‑açúcar por meio de série temporal, de seis anos de dados do índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI), oriundos do sensor Vegetation, a bordo do satélite "système pour l'observation de la Terre" (SPOT). Três classes de cobertura do solo (cana‑de‑açúcar, pasto e floresta), do Estado de São Paulo, foram selecionadas como assinaturas espectro‑temporais de referência, que serviram como membros extremos ("endmembers") para classificação com o algoritmo "spectral angle mapper" (SAM). A partir desta classificação, o mapeamento da área de cana‑de‑açúcar foi realizado com uso de limiares na imagem-regra do SAM, gerados a partir dos valores dos espectros de referência. Os resultados mostram que o algoritmo SAM pode ser aplicado a séries de dados multitemporais de resolução moderada, o que permite eficiente mapeamento de alvo agrícola em escala mesorregional. Dados oficiais de áreas de cana‑de‑açúcar, para as microrregiões paulistas, apresentam boa correlação (r² = 0,8) com os dados obtidos pelo método avaliado. A aplicação do algoritmo SAM mostrou ser útil em análises temporais. As séries temporais de NDVI do sensor SPOT Vegetation podem ser utilizadas para mapeamento da área de cana‑de‑açúcar em baixa resolução.

Geometrically accurate time series of archived aerial images and airborne lidar data in a forest environment

Abstract

Concentration of Airborne Staphylococcus aureus (MRSA and MSSA), Total Bacteria, and Endotoxins in Pig Farms.

Pigs are very often colonized by Staphylococcus aureus and transmission of such pig-associated S. aureus to humans can cause serious medical, hygiene, and economic problems. The transmission route of zoonotic pathogens colonizing farm animals to humans is not well established and bioaerosols could play an important role. The aim of this study was to assess the potential occupational risk of working with S. aureus-colonized pigs in Switzerland. We estimated the airborne contamination by S. aureus in 37 pig farms (20 nursery and 17 fattening units; 25 in summer, 12 in winter). Quantification of total airborne bacterial DNA, airborne Staphylococcus sp. DNA, fungi, and airborne endotoxins was also performed. In this experiment, the presence of cultivable airborne methicillin-resistant S. aureus (MRSA) CC398 in a pig farm in Switzerland was reported for the first time. Airborne methicillin-sensitive S. aureus (MSSA) was found in ~30% of farms. The average airborne concentration of DNA copy number of total bacteria and Staphylococcus sp. measured by quantitative polymerase chain reaction was very high, respectively reaching values of 75 (± 28) × 10(7) and 35 (± 9.8) × 10(5) copy numbers m(-3) in summer and 96 (± 19) × 10(8) and 40 (± 12) × 10(6) copy numbers m(-3) in winter. Total mean airborne concentrations of endotoxins (1298 units of endotoxin m(-3)) and fungi (5707 colony-forming units m(-3)) exceeded the Swiss recommended values and were higher in winter than in summer. In conclusion, Swiss pig farmers will have to tackle a new emerging occupational risk, which could also have a strong impact on public health. The need to inform pig farmers about biological occupational risks is therefore crucial.