Sperimentazione della piattaforma IoT Cloud per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio

L’Internet of Things (IoT) è un termine utilizzato nel mondo della telecomunicazione che fa riferimento all’estensione di Internet al mondo degli oggetti, che acquisiscono una propria identità, venendo così definiti “intelligenti”. L’uomo in questo ambito avrà sempre meno incidenza sul campo poiché sono le macchine ad interagire tra loro scambiandosi informazioni. Gli ambiti applicativi che comprendono IoT sono innumerevoli ed eterogenei; pertanto, non esiste un'unica soluzione tecnologica che possa coprire qualsiasi scenario. Una delle tecnologie che si prestano bene a svolgere lavori in IoT sono le LoRaWAN. Un punto e una sfida essenziali nell'applicazione della tecnologia LoRaWAN è garantire la massima autonomia dei dispositivi ottenendo il più basso consumo di energia possibile e la ricerca di soluzioni di alimentazione efficienti. L'obiettivo in questo elaborato è quello di realizzare un sistema capace di trasmettere un flusso continuo di informazioni senza l'ausilio e il costante monitoraggio dell'uomo. Viene trattato come controllare dei sensori da remoto e come garantire una migliore autonomia dei dispositivi ottenendo un più basso consumo energetico.

Conversione a OpenCL di un simulatore cardiaco parallelo

In questa tesi discuteremo come è possibile effettuare la traduzione di un software parallelo scritto in linguaggio CUDA ad uno in linguaggio OpenCL. Tratteremo le tecnologie utilizzate per lo sviluppo di un simulatore cardiaco parallelo e discuteremo in particolar modo come derivare da queste una versione che ne permetta l’esecuzione su schede video e processori arbitrari. Questa versione verrà messa poi a confronto con quelle già esistenti, per analizzarne prestazioni ed eventuali cambiamenti strutturali del codice. Quanto affermato sopra è stato possibile in gran parte grazie ad un wrapper chiamato SimpleCL pensato per rendere la programmazione OpenCL simile a quella in ambiente CUDA. OpenCL permette di operare con le unità di calcolo in maniera molto astratta, ricordando vagamente i concetti di astrazione di memoria e processori della controparte NVIDIA. Ragionevolmente SimpleCL fornisce solamente una interfaccia che ricorda chiamate CUDA, mantenendo il flusso sottostante fedele a quello che si aspetterebbe OpenCL.

Analisi e monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici per il preannuncio e la gestione delle emergenze idriche

Una importante problematica di risonanza mondiale è lo sviluppo di fenomeni sempre più frequenti di siccità e di scarsità idrica. Il presente elaborato intende illustrare come tale difficoltà stia colpendo il pianeta, con un focus sull’Italia e poi sull’Emilia-Romagna. Le cause scatenanti sono riconducibili all’aumento della popolazione, al depauperamento dei corpi idrici, ma soprattutto agli impatti del cambiamento climatico: incremento delle temperature, calo delle precipitazioni e quindi riduzione della ricarica delle fonti di approvvigionamento. Queste devono soddisfare un’intensa domanda da parte delle attività antropiche nonostante il loro stato sia sempre più preoccupante. In questo scenario è indispensabile adottare nuovi metodi per la gestione sostenibile delle riserve idriche, e il monitoraggio si rivela uno strumento utile in quanto fornisce informazioni dettagliate e aggiornate sullo stato quantitativo delle fonti. In particolare, il presente elaborato si focalizza sul progetto Resilient Dashboard, ideato in ambito regionale dalla collaborazione di più strutture operative di Hera S.p.A. Si tratta di uno strumento per l’analisi e il preannuncio di crisi idriche, basato sul monitoraggio di indicatori idrologici e meteorologici. Questo può essere di supporto per i gestori delle risorse, i quali possono individuare e poi intervenire sulle zone in cui si verifica maggiore criticità. Vengono dunque esaminati i processi che sono risultati necessari alla definizione del progetto, a partire dalla selezione degli elementi di interesse e dalla predisposizione delle elaborazioni da compiere su ciascuna tipologia di dato, fino allo sviluppo del criterio di assegnazione dei colori alle fonti e alle aree, per la segnalazione degli allarmi. Il progetto è ancora in corso di realizzazione, ma il suo obiettivo finale consiste nel produrre una piattaforma digitale di facile utilizzo che fornisca informazioni sullo stato delle fonti, in relazione alla domanda di risorsa.

Realizzazione di un Energy Harvester ibrido per applicazioni di monitoraggio strutturale

In questo studio è affrontato il progetto di un energy harvester destinato ad alimentare un nodo sensore impiegato per scopi di monitoraggio strutturale. La applicazione in questione è specifica per l'ambito ferroviario, dovendo il sistema essere collocato sul tirante di poligonazione della linea area di contatto. Sono state indagate modalità di conversione dell'energia dalle vibrazioni generate dal contatto fra catenaria e pantografo, studiandone la possibile integrazione con la conversione dell'energia solare tramite celle fotovoltaiche. Sono stati quindi progettati e realizzati due prototipi di energy harvester a vibrazioni, basati su tecnica di conversione rispettivamente elettromagnetica e piezoelettrica. La fase di progettazione è stata affinata tramite simulazioni MATLAB e COMSOL, utilizzando il metodo degli elementi finiti, ed è stato curato il progetto dei circuiti di regolazione della tensione generata dai dispositivi. Sulla base del consumo del nodo sensore misurato ne è stata simulata la alimentazione da parte di un energy harvester solare al variare del periodo dell'anno. I dispostivi realizzati sono stati valutati attraverso varie misurazioni e sono state indagate tra gli sviluppi futuri possibili approcci per il miglioramento della tecnologia realizzata.

Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Digitalizzazione del settore delle costruzioni: realizzazione di un modello parametrico di ponteggio attraverso la programmazione visiva.

L’uscita dalla pandemia, il conflitto russo-ucraino e la corsa ai bonus edilizia hanno provocato un generale aumento del prezzo dei materiali edili e delle opere provvisionali. I ponteggi hanno visto particolari rincari, per via del fatto che superbonus e bonus facciate ne richiedono un ampio utilizzo. Nel presente elaborato si è cercata una soluzione a tale criticità nelle direzioni che sta prendendo a livello internazionale il settore delle costruzioni, sulla strada della digitalizzazione e dell’applicazione di soluzioni informatiche in grado di ottimizzare i processi. Si è perciò creato un modello parametrico di ponteggio a telai prefabbricati che si adatti nel miglior modo possibile a ogni tipo di fabbricato. Nello specifico, è stato elaborato un algoritmo che, dati il sedime e l’altezza dell’edificio, generi in maniera automatica il modello tridimensionale del ponteggio, consentendo la visualizzazione immediata del suo sviluppo nello spazio del cantiere e l’estrapolazione di elaborati grafici quali pianta e prospetti. Nella presente dissertazione viene illustrato come è stato sviluppato tale algoritmo, utilizzando il software Revit e in particolare lo strumento di programmazione visiva Dynamo. Infine, poiché l’obiettivo è quello di individuare un algoritmo applicabile a qualsiasi edificio dato, il modello viene testato su un caso di studio particolare: la ristrutturazione di un fabbricato all’interno del complesso Cooperativa Sociale CIM.

Tecnologie di Monitoraggio per Architetture ad Eventi in Ambito Enterprise

La maggioranza degli applicativi che utilizziamo quotidianamente come siti di e-commerce e portali di home banking basano il proprio funzionamento su un’infrastruttura a microservizi, cioè un modello architetturale in cui un insieme di più sottocomponenti collabora scambiandosi dati per permettere agli utenti finali di fruire di un servizio. Questo pattern rappresenta lo standard adottato dagli applicativi moderni che ha ormai soppiantato il più datato modello monolitico in cui l’intero funzionamento veniva gestito in un’unica unità implementativa di grandi dimensioni, difficile da sviluppare e mantenere all’aumentare delle funzionalità richieste. Decomporre un unico software in più sottocomponenti permette di ridistribuirne la complessità totale richiedendo però un insieme di accortezze e di strumenti consoni per gestire tutte le entità da sviluppare. A tale scopo al giorno d’oggi è molto importante l’utilizzo della telemetria, cioè la tecnologia che consiste nella raccolta a distanza dei dati generati dai componenti a scopo di analisi di funzionamento e performance dell’intera piattaforma. L’adozione di questa tecnologia comporta numerosi benefici, sia a livello implementativo che dal punto di vista del mantenimento della piattaforma, che potrà essere monitorata anche dopo il rilascio. In questo elaborato di tesi sono stati implementati due use case realistici di piattaforme a microservizi che ricevono ed elaborano dati, alle quali sono state aggiunte nella fase di sviluppo software le funzionalità di due diversi strumenti di telemetria. L’obiettivo è permettere l’analisi dello storico delle elaborazioni eseguite per poter ricostruire il funzionamento dell’intero applicativo a scatola chiusa, analizzando le metriche generate nei log dei microservizi o in un’interfaccia grafica raggiungibile tramite browser. All’interno dell’elaborato verranno descritti tutti i dettagli implementativi, analizzando poi i benefici ottenuti dall’adozione di questi strumenti.

Elaborazione di immagini aeree per il monitoraggio del territorio

A causa dei cambiamenti climatici sempre più frequentemente si verificano disastri ambientali come frane, alluvioni e incendi. Il suolo italiano risente particolarmente di questi eventi, considerati molto gravosi, sia in termini di vite umane che in senso economico. Una soluzione affidabile e con tempi di risposta veloci per il rilevamento delle frane potrebbe migliorare la prevenzione di questi fenomeni. I tradizionali metodi di rilevamento aereo possono richiedere ingenti risorse finanziarie e necessitano di una fase di pianificazione dei voli che rischia di essere incompatibile con i tempi di risposta richiesti. Una possibile alternativa per risolvere i problemi della raccolta di immagini tramite aerei ed elicotteri potrebbe essere basata sull’uso di droni con a bordo videocamere e l'applicazione di algoritmi in grado di elaborare immagini in tempi veloci per individuare le aree soggette a dissesto idrogeologico. Riguardo all'elaborazione delle immagini, sono stati recentemente introdotti degli algoritmi che sembrano promettenti per identificare in maniera quasi immediata le frane grazie a piattaforme aeree sia piloate che autonome. In questo elaborato di tesi si propongono i risultati ottenuti da prove svolte su un modello di reti convoluzionali denominato U-Net e si fa una valutazione della sua efficacia nel riconoscimento automatico delle frane. I risultati ottenuti suggeriscono che la presente implementazione della rete potrebbe, però, presentare criticità nell'individuazione di frane in un'immagine. Per gli sviluppi futuri, si suggerisce di modificare la rete convoluzionale, oppure di utilizzare banche dati differenti per l'allenamento dell'algoritmo.

Altre realtà. Televisioni locali in Italia Il caso RTV38 e la programmazione

Lo scenario televisivo degli ultimi venti anni ha registrato cambiamenti sconvolgenti. Cambiano i modelli di business, le logiche di produzione, distribuzione e di fruizione. Siamo oggi in un mondo ibrido, dove broadcast e broadband si fondono, e sul quale insistono tutti i soggetti in campo: content provider, mvpd, broadcaster free e pay, compagnie telefoniche, piattaforme ott e aggregatori di contenuti. Lo sguardo più profondo però individua nel panorama una costellazione di altre realtà importanti. Gli anni Settanta hanno visto il fiorire in modo impetuoso di tante emittenti locali che hanno fatto la storia della televisione in Italia. L’idea dell’elaborato nasce proprio dalla funzione che queste realtà svolgono oggi, per la loro rilevanza a livello territoriale, culturale e sociale. In particolare, il caso RTV38 in Toscana rappresenta in modo emblematico questo importante ruolo, bilanciato da un lato con un servizio pubblico reso alla comunità, prefigurandosi come vera e propria istituzione, e dall’altro concentrandosi sull’attività strettamente commerciale e privata.

Adaptive Carrier Tracking for Mars to Earth Communications During Entry, Descent, and Landing

We propose a robust and low complexity scheme to estimate and track carrier frequency from signals traveling under low signal-to-noise ratio (SNR) conditions in highly nonstationary channels. These scenarios arise in planetary exploration missions subject to high dynamics, such as the Mars exploration rover missions. The method comprises a bank of adaptive linear predictors (ALP) supervised by a convex combiner that dynamically aggregates the individual predictors. The adaptive combination is able to outperform the best individual estimator in the set, which leads to a universal scheme for frequency estimation and tracking. A simple technique for bias compensation considerably improves the ALP performance. It is also shown that retrieval of frequency content by a fast Fourier transform (FFT)-search method, instead of only inspecting the angle of a particular root of the error predictor filter, enhances performance, particularly at very low SNR levels. Simple techniques that enforce frequency continuity improve further the overall performance. In summary we illustrate by extensive simulations that adaptive linear prediction methods render a robust and competitive frequency tracking technique.

Measuring Dynamic Oscillations of a Small Span Cable-Stayed Footbridge: Case Study Using L1 GPS Receivers

Highly redundant or statically undetermined structures, such as a cable-stayed bridge, have been of particular concern to the engineering community nowadays because of the complex parameters that must be taken into account for healthy monitoring. The purpose of this study was to verify the reliability and practicability of using GPS to characterize dynamic oscillations of small span bridges. The test was carried out on a cable-stayed wood footbridge at Escola de Engenharia de Sao Carlos-Universidade de Sao Paulo, Brazil. Initially a static load trial was carried out to get an idea of the deck amplitude and oscillation frequency. After that, a calibration trial was carried out by applying a well known oscillation on the rover antenna to check the environment detectable limits for the method used. Finally, a dynamic load trial was carried out by using GPS and a displacement transducer to measure the deck oscillation. The displacement transducer was used just to confirm the results obtained by the GPS. The results have shown that the frequencies and amplitude displacements obtained by the GPS are in good agreement with the displacement transducer responses. GPS can be used as a reliable tool to characterize the dynamic behavior of large structures such as cable-stayed footbridges undergoing dynamic loads.

Ranking dos tribunais de contas brasileiros: uma avaliação a partir dos padrões web em governo eletrônico

Nos últimos 10 anos, o governo federal tem coordenado e articulado ações visando a implementação de projetos com ênfase em iniciativas voltadas para o uso das tecnologias de informação e comunicação (TICs) em suas relações com os cidadãos, com o setor privado e com a sociedade em geral. Considerando um forte movimento em prol de inserir o cidadão no centro desse processo, este artigo busca, a partir de uma pesquisa quantitativa/qualitativa, verificar em qual estágio de evolução encontram-se os sites governamentais dos tribunais de contas brasileiros. A partir dessa análise, foi possível mapear pontos a serem melhorados bem como estabelecer um ranking dos sites, tendo em vista o direito de acesso, a disponibilização de informações, a participação e o acompanhamento na execução das políticas públicas.

Ranking das prefeituras da região Sul do Brasil: uma avaliação a partir de critérios estabelecidos na Lei de Acesso à Informação

A Lei de Acesso à Informação representa um passo fundamental rumo à consolidação da democracia brasileira. Entre seus preceitos, está a obrigação da disposição de informações na rede sobre a estrutura, funcionamento e prestação de contas dos órgãos/entidades da administração direta e indireta e de todos aqueles que recebem subvenção pública. Considerando sua relevância no contexto atual, este artigo busca, a partir de uma pesquisa mista, analisar como a referida lei está sendo implementada pelas prefeituras da região Sul do país. A partir dessa análise, foi possível mapear os efeitos iniciais da aplicação da lei durante o seu primeiro ano de vigência bem como estabelecer um ranking dos sites, tendo em vista o cumprimento das disposições nela estabelecidas.

Seguimento de plataformas móveis

Este relatório apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - área de especialização de Telecomunicações. Pretende-se desenvolver um sistema distribuído de seguimento, no exterior, de plataformas móveis equipadas com receptores de baixo custo. O sistema deve, em tempo útil, realizar a aquisição, descodificação e tratamento dos dados emiti- dos pelo Global Navigation Satellite System (GNSS), das observações efectuadas pelo receptor e da informação proveniente do European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS). O objectivo é determinar, a partir deste conjunto de informação e para cada plataforma ligada, a posição em modo absoluto, as correcções diferenciais e, finalmente, a posição em modo diferencial. Optou-se por receber as correcções diferenciais de área alargada do EGNOS através da Internet, permitindo, assim, que receptores sem capacidade de receber directamente informação do EGNOS possam também usufruir desta fonte de informação complementar. As correcções diferenciais a aplicar às observações de cada receptor são geradas através do conceito de estacão de referência virtual - Virtual Reference Station (VRS) - a partir da posição aproximada do receptor e das correcções de área alargada provenientes do EGNOS. A determinação da posição em modo diferencial das plataformas móveis é efectuada segundo o conceito de Inverted Di®erential Global Navigation Satellite System (IDGNSS) e utilizando uma arquitectura do tipo Cliente-Servidor. Por último, os resultados, que são armazenados numa base de dados, são disponibilizados ao utilizador através de uma aplicação Web. O utilizador pode, assim, efectuar o seguimento de qualquer plataforma móvel ligada ao sistema a partir de qualquer dispositivo com navegador e acesso à Internet.

EGNOS based virtual reference stations

We propose the use of the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) data - real time on line data provided by SISNeT - to develop Virtual Reference Stations and, thus, increase the quality of the Position, Velocity an Time (PVT) solution of receivers unable to interface directly with EGNOS. A Virtual Reference Station (VRS) is a concept where the existence of a differential reference station located near a mobile rover is simulated by software in order to increase the accuracy of the PVT solution of the mobile GNSS receiver.