Person Localization Using Sensor Information Fusion

Nowadays the incredible grow of mobile devices market led to the need for location-aware applications. However, sometimes person location is difficult to obtain, since most of these devices only have a GPS (Global Positioning System) chip to retrieve location. In order to suppress this limitation and to provide location everywhere (even where a structured environment doesn’t exist) a wearable inertial navigation system is proposed, which is a convenient way to track people in situations where other localization systems fail. The system combines pedestrian dead reckoning with GPS, using widely available, low-cost and low-power hardware components. The system innovation is the information fusion and the use of probabilistic methods to learn persons gait behavior to correct, in real-time, the drift errors given by the sensors.

Localization system for pedestrians based on sensor and information fusion

Nowadays there is an increase of location-aware mobile applications. However, these applications only retrieve location with a mobile device's GPS chip. This means that in indoor or in more dense environments these applications don't work properly. To provide location information everywhere a pedestrian Inertial Navigation System (INS) is typically used, but these systems can have a large estimation error since, in order to turn the system wearable, they use low-cost and low-power sensors. In this work a pedestrian INS is proposed, where force sensors were included to combine with the accelerometer data in order to have a better detection of the stance phase of the human gait cycle, which leads to improvements in location estimation. Besides sensor fusion an information fusion architecture is proposed, based on the information from GPS and several inertial units placed on the pedestrian body, that will be used to learn the pedestrian gait behavior to correct, in real-time, the inertial sensors errors, thus improving location estimation.

Novel biosensing device for point-of-care applications with plastic antibodies grown on Au-Screen Printed Electrodes

A gold screen printed electrode (Au-SPE) was modified by merging Molecular Imprinting and Self-Assembly Monolayer techniques for fast screening cardiac biomarkers in point-of-care (POC). For this purpose, Myoglobin (Myo) was selected as target analyte and its plastic antibody imprinted over a glutaraldehyde (Glu)/cysteamine (Cys) layer on the gold-surface. The imprinting effect was produced by growing a reticulated polymer of acrylamide (AAM) and N,N′-methylenebisacrylamide (NNMBA) around the Myo template, covalently attached to the biosensing surface. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) studies were carried out in all chemical modification steps to confirm the surface changes in the Au-SPE. The analytical features of the resulting biosensor were studied by different electrochemical techniques, including EIS, square wave voltammetry (SWV) and potentiometry. The limits of detection ranged from 0.13 to 8 μg/mL. Only potentiometry assays showed limits of detection including the cut-off Myo levels. Quantitative information was also produced for Myo concentrations ≥0.2 μg/mL. The linear response of the biosensing device showed an anionic slope of ~70 mV per decade molar concentration up to 0.3 μg/mL. The interference of coexisting species was tested and good selectivity was observed. The biosensor was successfully applied to biological fluids.

The implementation of an Enterprise Geographical Information System to support Cadastre and Expropriation activities.

The processes of mobilization of land for infrastructures of public and private domain are developed according to proper legal frameworks and systematically confronted with the impoverished national situation as regards the cadastral identification and regularization, which leads to big inefficiencies, sometimes with very negative impact to the overall effectiveness. This project report describes Ferbritas Cadastre Information System (FBSIC) project and tools, which in conjunction with other applications, allow managing the entire life-cycle of Land Acquisition and Cadastre, including support to field activities with the integration of information collected in the field, the development of multi-criteria analysis information, monitoring all information in the exploration stage, and the automated generation of outputs. The benefits are evident at the level of operational efficiency, including tools that enable process integration and standardization of procedures, facilitate analysis and quality control and maximize performance in the acquisition, maintenance and management of registration information and expropriation (expropriation projects). Therefore, the implemented system achieves levels of robustness, comprehensiveness, openness, scalability and reliability suitable for a structural platform. The resultant solution, FBSIC, is a fit-for-purpose cadastre information system rooted in the field of railway infrastructures. FBSIC integrating nature of allows: to accomplish present needs and scale to meet future services; to collect, maintain, manage and share all information in one common platform, and transform it into knowledge; to relate with other platforms; to increase accuracy and productivity of business processes related with land property management.

Relating the spatial component and users interests to improve applications based on questions, petitions and participatory processes

Nowadays, participatory processes attending the need for real democracy and transparency in governments and collectives are more needed than ever. Immediate participation through channels like social networks enable people to give their opinion and become pro-active citizens, seeking applications to interact with each other. The application described in this dissertation is a hybrid channel of communication of questions, petitions and participatory processes based on Public Participation Geographic Information System (PPGIS), Participation Geographic Information System (PGIS) and ‘soft’ (subjective data) Geographic Information System (SoftGIS) methodologies. To achieve a new approach to an application, its entire design is focused on the spatial component related with user interests. The spatial component is treated as main feature of the system to develop all others depending on it, enabling new features never seen before in social actions (questions, petitions and participatory processes). Results prove that it is possible to develop a working application mainly using open source software, with the possibility of spatial and subject filtering, visualizing and free download of actions within application. The resulting application empowers society by releasing soft data and defines a new breaking approach, unseen so far.

Information provision improvement with a geofencing event-bases system

Nowadays there is a big percentage of the population, specially young users, which are smartphone users and there is a lot of information to be provided within the applications, information provision should be done carefully and should be accurate, otherwise an overload of information will be produced, and the user will discard the app which is providing the information. Mobile devices are becoming smarter and provide many ways to filter information. However, there are alternatives to improve information provision from the side of the application. Some examples are, taking into account the local time, considering the battery level before doing an action and checking the user location to send personalized information attached to that location. SmartCampus and SmartCities are becoming a reality and they have more and more data integrated every day. With all this amount of data it is crucial to decide when and where is the user going to receive a notification with new information. Geofencing is a technique which allows applications to deliver information in a more useful way, in the right time and in the right place. It consists of geofences, physical regions delimited by boundaries, and devices that are eligible to receive the information assigned to the geofence. When devices cross one of these geofences an alert is pushed to the mobile device with the information.

A type system for value-dependent information flow analysis

Information systems are widespread and used by anyone with computing devices as well as corporations and governments. It is often the case that security leaks are introduced during the development of an application. Reasons for these security bugs are multiple but among them one can easily identify that it is very hard to define and enforce relevant security policies in modern software. This is because modern applications often rely on container sharing and multi-tenancy where, for instance, data can be stored in the same physical space but is logically mapped into different security compartments or data structures. In turn, these security compartments, to which data is classified into in security policies, can also be dynamic and depend on runtime data. In this thesis we introduce and develop the novel notion of dependent information flow types, and focus on the problem of ensuring data confidentiality in data-centric software. Dependent information flow types fit within the standard framework of dependent type theory, but, unlike usual dependent types, crucially allow the security level of a type, rather than just the structural data type itself, to depend on runtime values. Our dependent function and dependent sum information flow types provide a direct, natural and elegant way to express and enforce fine grained security policies on programs. Namely programs that manipulate structured data types in which the security level of a structure field may depend on values dynamically stored in other fields The main contribution of this work is an efficient analysis that allows programmers to verify, during the development phase, whether programs have information leaks, that is, it verifies whether programs protect the confidentiality of the information they manipulate. As such, we also implemented a prototype typechecker that can be found at http://ctp.di.fct.unl.pt/DIFTprototype/.

Learning domain-specific sentiment lexicons with applications to recommender systems

Search is now going beyond looking for factual information, and people wish to search for the opinions of others to help them in their own decision-making. Sentiment expressions or opinion expressions are used by users to express their opinion and embody important pieces of information, particularly in online commerce. The main problem that the present dissertation addresses is how to model text to find meaningful words that express a sentiment. In this context, I investigate the viability of automatically generating a sentiment lexicon for opinion retrieval and sentiment classification applications. For this research objective we propose to capture sentiment words that are derived from online users’ reviews. In this approach, we tackle a major challenge in sentiment analysis which is the detection of words that express subjective preference and domain-specific sentiment words such as jargon. To this aim we present a fully generative method that automatically learns a domain-specific lexicon and is fully independent of external sources. Sentiment lexicons can be applied in a broad set of applications, however popular recommendation algorithms have somehow been disconnected from sentiment analysis. Therefore, we present a study that explores the viability of applying sentiment analysis techniques to infer ratings in a recommendation algorithm. Furthermore, entities’ reputation is intrinsically associated with sentiment words that have a positive or negative relation with those entities. Hence, is provided a study that observes the viability of using a domain-specific lexicon to compute entities reputation. Finally, a recommendation system algorithm is improved with the use of sentiment-based ratings and entities reputation.

Genetic algorithm for shipping route estimation with long-range tracking data : automatic reconstruction of shipping routes based on the historical ship positions for maritime safety applications

Ship tracking systems allow Maritime Organizations that are concerned with the Safety at Sea to obtain information on the current location and route of merchant vessels. Thanks to Space technology in recent years the geographical coverage of the ship tracking platforms has increased significantly, from radar based near-shore traffic monitoring towards a worldwide picture of the maritime traffic situation. The long-range tracking systems currently in operations allow the storage of ship position data over many years: a valuable source of knowledge about the shipping routes between different ocean regions. The outcome of this Master project is a software prototype for the estimation of the most operated shipping route between any two geographical locations. The analysis is based on the historical ship positions acquired with long-range tracking systems. The proposed approach makes use of a Genetic Algorithm applied on a training set of relevant ship positions extracted from the long-term storage tracking database of the European Maritime Safety Agency (EMSA). The analysis of some representative shipping routes is presented and the quality of the results and their operational applications are assessed by a Maritime Safety expert.

Geographical Applications for Sound Walks

Geography has long been a predominantly visual discipline, but recent work in geography has sought to explore the multisensory, embodied, emotional and affective dimensions of people’s relations with places. One way to engage this type of exploration is through the use of sound walks: walks along a specified route accompanied by a soundtrack (on headphones or stationary speakers) that conveys information, enacts a story, produces an ambience or atmosphere, or illuminates certain aspects of the environment through which the listener is walking. This thesis aims to show how geographers can benefit from using sound walks as thinking tools, representational tools and teaching tools. Drawing on my own experiences producing sound walks, I first examine the ways that sound walk production processes help generate productive geographical thinking for those producing sound walks (Chapter Two). The various stages of producing a sound walk require different skill sets, pose different challenges, and require different sorts of environmental awareness, and therefore present novel opportunities for developing geographical insights about specific places or spatial relations. Second, I focus on four experientially-oriented aspects of sound walks – using multiple senses, walking, contingency, and moments of interaction – to argue that sound walks can be useful representational tools for geographers, whether those creating sound walks subscribe to a representational or non-representational theory of knowledge (Chapter Three). The value of sound walks as representational tools is in the experience of ‘doing’ them. That is, audiences discover for themselves through interaction what is being represented, rather than having it delivered to them. The experiential elements of ‘doing’ sound walks recommend them as potentially helpful representational tools for geographers. Third, by examining the work of a small sample of fourth year “Advanced Geography of Music” students, I develop the argument that sound walks can be effective tools for teaching students and for creating circumstances for students to learn independently (Chapter Four). Sound walks have potential to be effective pedagogical tools because they are commensurate with several key pedagogical schools of thought that emphasise the importance of requiring students to engage actively with their environment using a combination of senses. The thesis demonstrates that sound walks are a worthwhile resource for geographers to use theoretically, representationally and pedagogically in their work. The next step is for geographers to put them into practice and realize this potential.

Finite-Sample Diagnostics for Multivariate Regressions with Applications to Linear Asset Pricing Models

In this paper, we propose several finite-sample specification tests for multivariate linear regressions (MLR) with applications to asset pricing models. We focus on departures from the assumption of i.i.d. errors assumption, at univariate and multivariate levels, with Gaussian and non-Gaussian (including Student t) errors. The univariate tests studied extend existing exact procedures by allowing for unspecified parameters in the error distributions (e.g., the degrees of freedom in the case of the Student t distribution). The multivariate tests are based on properly standardized multivariate residuals to ensure invariance to MLR coefficients and error covariances. We consider tests for serial correlation, tests for multivariate GARCH and sign-type tests against general dependencies and asymmetries. The procedures proposed provide exact versions of those applied in Shanken (1990) which consist in combining univariate specification tests. Specifically, we combine tests across equations using the MC test procedure to avoid Bonferroni-type bounds. Since non-Gaussian based tests are not pivotal, we apply the “maximized MC” (MMC) test method [Dufour (2002)], where the MC p-value for the tested hypothesis (which depends on nuisance parameters) is maximized (with respect to these nuisance parameters) to control the test’s significance level. The tests proposed are applied to an asset pricing model with observable risk-free rates, using monthly returns on New York Stock Exchange (NYSE) portfolios over five-year subperiods from 1926-1995. Our empirical results reveal the following. Whereas univariate exact tests indicate significant serial correlation, asymmetries and GARCH in some equations, such effects are much less prevalent once error cross-equation covariances are accounted for. In addition, significant departures from the i.i.d. hypothesis are less evident once we allow for non-Gaussian errors.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

La notion d’évaluation et ses applications dans les différentes disciplines des sciences de l’information

Travail de recherche sur le thème de l’évaluation des archives à l’ère du numérique réalisé à l’hiver 2010 dans le cadre des cours SCI6112 L’évaluation des archives sous la direction du professeur Yvon Lemay et SCI6314 Gestion avancée des services d'information sous la direction de Carole Brouillette.

Technologies de l'information et de la communication (TIC) et rendement académique en contexte universitaires béninois : cas des apprenants en droit de l'Université d'Abomey-Calavi

La présente recherche vise à mieux comprendre, dans le contexte universitaire béninois, s’il peut exister un lien qualitatif entre TIC et rendement académique afin de pouvoir mettre les TIC à contribution pour améliorer significativement les mauvais résultats des apprenants, notamment au premier cycle universitaire. Cette étude est tout particulièrement importante dans notre contexte où les TIC font de plus en plus leur apparition en pédagogie universitaire et où les étudiants recourent aux TIC dans leur pratique plus que les formateurs dans la leur. Le cadre de référence retenu pour la recherche est structuré autour des concepts de l’apprentissage assisté par les TIC, de motivation en éducation et de rendement académique. Pour atteindre notre objectif de recherche, nous avons opté pour une démarche mixte : quantitative et qualitative. Il s’agit d’une étude descriptive/explicative. Nous avons mené une enquête par questionnaires auprès de 156 étudiants et 15 enseignants et fait des entrevues avec 11 étudiants et 6 enseignants. Les principaux résultats sont présentés sous forme d’articles respectivement en ce qui a trait à l’impact des TIC sur la motivation et la réussite, aux usages des TIC les plus fréquemment rencontrés chez les apprenants, et à la place des TIC dans la pratique pédagogique des enseignants de la faculté de droit de l’Université d’Abomey-Calavi. Plus précisément, il ressort des résultats que la majorité des participants ont une perception en général positive du potentiel motivationnel des TIC pour l’apprentissage. Cependant, sur une cote maximale de 7 (correspond très fortement), la perception des répondants relativement à l’impact positif de l’utilisation des TIC sur le rendement académique tourne autour d’une cote moyenne de 4 (correspond assez). D’où, une perception en général mitigée du lien entre l’apprentissage assisté par les TIC et la réussite. Le croisement des résultats des données quantitatives avec ceux de l’analyse qualitative induit, sur ce point, une perception positive prononcée des rapports entre TIC et rendement. Les résultats montrent également que les usages des TIC les plus fréquents chez ces apprenants sont le courriel (en tête), suivi de la recherche et du traitement de texte, avec une fréquence moyenne d’ « une fois par semaine ». Tous ces constats n’accréditent pas véritablement un usage académique des TIC. Chez les enseignants, les résultats ont montré aussi qu’il n’y a pas encore de réelles applications des TIC en situation d’enseignement : ils font plutôt un usage personnel des TIC et pas encore véritablement pédagogique. La conséquence logique de ces résultats est qu’il n’existe pas encore un lien qualitatif direct entre TIC et rendement académique en contexte universitaire béninois.

L’adoption des innovations dans les systèmes PACS et la perception des bénéfices : le concept de l’alignement tâche-technologie comme outil d’évaluation

Contexte : Les premières implantations PACS (Picture Archiving and Communication System) remontent aux années 80. Le rehaussement récent du PACS au sein d’un centre hospitalier universitaire a permis d’étudier l’introduction d’innovations dans une technologie mature. Objectif : Dans un premier temps, effectuer une revue de la littérature sur les études évaluant la perceptions des utilisateurs de l’implantation des PACS. Deuxièmement, évaluer dans une étude de cas si le niveau d’alignement entre les tâches et la technologie prédit l’utilisation et la perception des bénéfices. Méthodes : Il y a eu une revue systématique de la littérature afin d’identifier les études sur la perception des utilisateurs du PACS. Une adaptation du modèle TTF (Task-Technology-Fit) développé par Goodhue (1995) a servi de base théorique pour l’étude de cas effectuée par questionnaire auto-administré. Résultats : Les modèles recensés dans la revue systématique sont mieux adaptés à des nouvelles implantions PACS qu’à des systèmes matures en évolution. Il y a une corrélation significative entre le niveau de l’alignement, tel que perçu par les utilisateurs, et la perception des bénéfices nets, ainsi que l’utilisation de la technologie. L’étude a démontré un écart entre la perception des utilisateurs et celle des développeurs interviewés. Conclusions : Cette étude supporte la validité du concept alignement tâche-technologie dans l’analyse d’un rehaussement PACS. Il est important de maintenir une interaction soutenue entre développeurs et utilisateurs, qui va audelà de la phase initiale de développement.