Exploração da Point Cloud Library aplicada à percepção em sistemas autónomos

A navegação e a interpretação do meio envolvente por veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um grande desafio na actualidade. Sebastian Thrun, descreve em [Thr02], que o problema do mapeamento em sistemas robóticos é o da aquisição de um modelo espacial do meio envolvente do robô. Neste contexto, a integração de sistemas sensoriais em plataformas robóticas, que permitam a construção de mapas do mundo que as rodeia é de extrema importância. A informação recolhida desses dados pode ser interpretada, tendo aplicabilidade em tarefas de localização, navegação e manipulação de objectos. Até à bem pouco tempo, a generalidade dos sistemas robóticos que realizavam tarefas de mapeamento ou Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), utilizavam dispositivos do tipo laser rangefinders e câmaras stereo. Estes equipamentos, para além de serem dispendiosos, fornecem apenas informação bidimensional, recolhidas através de cortes transversais 2D, no caso dos rangefinders. O paradigma deste tipo de tecnologia mudou consideravelmente, com o lançamento no mercado de câmaras RGB-D, como a desenvolvida pela PrimeSense TM e o subsequente lançamento da Kinect, pela Microsoft R para a Xbox 360 no final de 2010. A qualidade do sensor de profundidade, dada a natureza de baixo custo e a sua capacidade de aquisição de dados em tempo real, é incontornável, fazendo com que o sensor se tornasse instantaneamente popular entre pesquisadores e entusiastas. Este avanço tecnológico deu origem a várias ferramentas de desenvolvimento e interacção humana com este tipo de sensor, como por exemplo a Point Cloud Library [RC11] (PCL). Esta ferramenta tem como objectivo fornecer suporte para todos os blocos de construção comuns que uma aplicação 3D necessita, dando especial ênfase ao processamento de nuvens de pontos de n dimensões adquiridas a partir de câmaras RGB-D, bem como scanners laser, câmaras Time-of-Flight ou câmaras stereo. Neste contexto, é realizada nesta dissertação, a avaliação e comparação de alguns dos módulos e métodos constituintes da biblioteca PCL, para a resolução de problemas inerentes à construção e interpretação de mapas, em ambientes indoor não estruturados, utilizando os dados provenientes da Kinect. A partir desta avaliação, é proposta uma arquitectura de sistema que sistematiza o registo de nuvens de pontos, correspondentes a vistas parciais do mundo, num modelo global consistente. Os resultados da avaliação realizada à biblioteca PCL atestam a sua viabilidade, para a resolução dos problemas propostos. Prova da sua viabilidade, são os resultados práticos obtidos, da implementação da arquitectura de sistema proposta, que apresenta resultados de desempenho interessantes, como também boas perspectivas de integração deste tipo de conceitos e tecnologia em plataformas robóticas desenvolvidas no âmbito de projectos do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA).

Relatório de estágio em gabinete de engenharia na componente de climatização

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica com Especialização em Energia, Climatização e Refrigeração

Qualidade do ar interior em Escolas Básicas de 1.º ciclo: QAI em ambientes escolares: estudo orientado para as Escolas Básicas de 1.º ciclo de um agrupamento escolar

A Qualidade do Ar Interior (QAI) é um fator de grande preocupação. A importância de manter um ambiente salubre é mais acentuada em estabelecimentos escolares (EE), tendo em conta, que no interior destes permanecem crianças durante um elevado período de tempo. É fundamental garantir uma boa QAI nos edifícios escolares, de forma a salvaguardar a saúde, o bem-estar e o conforto dos ocupantes, bem como, não comprometer o seu desempenho escolar. Recentemente, foram construídos novos edifícios escolares e alguns dos existentes foram alvo de obras de remodelação. Contudo, a crescente tendência em construir edifícios cada vez mais herméticos, com vista à diminuição dos gastos de energia, origina problemas como a reduzida ventilação dos espaços. Vários estudos têm demonstrado a influência das atividades de limpeza na QAI. No entanto, verifica-se que na maioria das escolas não existem ainda procedimentos de limpeza padronizados. A falta de instruções de trabalho e a ausência de formação às assistentes operacionais pode comprometer a eficácia dos procedimentos de higienização, o que poderá ter influência na QAI dos espaços. Este estudo teve como principal objetivo avaliar a QAI em escolas básicas de 1.º ciclo. Foram contemplados no estudo fatores como a tipologia do edifício, a ocupação das salas e as atividades de limpeza. Procedeu-se à caracterização dos EE e à monitorização de parâmetros ambientais, como a temperatura do ar, a humidade relativa, a velocidade do ar, o dióxido de carbono, o monóxido de carbono, as partículas, os microrganismos mesófilos totais e os fungos. Estes parâmetros foram avaliados nas salas com ocupação, sem ocupação e durante a implementação de um plano de higienização. A ventilação inadequada parece ser o fator que mais condiciona a QAI das salas de aula avaliadas. Registaram-se elevadas concentrações de dióxido de carbono e de microrganismos mesófilos totais, que parecem estar relacionados com a permanência dos ocupantes nos locais e com a falta de ventilação adequada dos espaços. A concentração de dióxido de carbono foi mais elevada em edifícios recentes. Os picos elevados na concentração de partículas parecem estar associados com as atividades dos ocupantes. Obtiveram-se concentrações menores de fungos e de microrganismos mesófilos totais ao longo da implementação do plano de higienização, o que poderá significar que os procedimentos de limpeza contribuem para reduzir os níveis de contaminação dos espaços interiores. No entanto, tendo em conta, que a concentração de microrganismos mesófilos totais permaneceu elevada, as operações de limpeza parecem não ser suficientes para garantir uma boa QAI. O aumento da ventilação dos espaços poderia contribuir significativamente para a melhoria da QAI dos espaços avaliados.

Avaliação da exposição a fungos e partículas em explorações avícolas e suinícolas: estudo

O projeto “Avaliação da Exposição a Fungos e Partículas em Explorações Avícolas e Suinícolas” contemplou um elevado número de colheitas ambientais e biológicas e respectivo processamento laboratorial, sendo apenas possível a sua concretização graças ao financiamento disponibilizado pela Autoridade para as Condições de Trabalho. Foi realizado um estudo transversal para avaliar a contaminação causada por fungos e partículas em 7 explorações avícolas e 7 explorações suinícolas. No que concerne à monitorização biológica, foram medidos os parâmetros espirométricos, utilizando o espirómetro MK8 Microlab, avaliada a existência de sintomas clínicos associados com a asma e outras doenças alérgicas, através de questionário adaptado European Community Respiratory Health Survey e, ainda, avaliada a sensibilização aos agentes fúngicos (IgE). Foram ainda adicionados dois objetivos ao estudo, designadamente: aferir a existência de três espécies/estirpes potencialmente patogénicas/toxinogénicas com recurso à biologia molecular e avaliar a exposição dos trabalhadores à micotoxina aflatoxina B1 por recurso a indicador biológico de exposição. Foram colhidas 27 amostras de ar de 25 litros nas explorações avícolas e 56 de 50 litros nas explorações suinícolas através do método de impacto. As colheitas de ar e a medição da concentração das partículas foram realizadas no interior e no exterior dos pavilhões, sendo este último considerado como local de referência. Simultaneamente, a temperatura e a humidade relativa também foram registadas. As colheitas das superfícies foram realizadas através da técnica de zaragatoa, tendo sido utilizado um quadrado de metal inoxidável de 10 cm de lado, de acordo com a International Standard ISO 18593 – 2004. As zaragatoas obtidas (20 das explorações avícolas e 48 das explorações suinícolas) foram inoculadas em malte de extract agar (2%) com cloranfenicol (0,05 g/L). Além das colheitas de ar e de superfícies, foram também obtidas colheitas da cama das explorações avícolas (7 novas e 14 usadas) e da cobertura do pavimento das explorações suinícolas (3 novas e 4 usadas) e embaladas em sacos esterilizados. Cada amostra foi diluída e inoculada em placas contendo malte extract agar. Todas as amostras foram incubadas a 27,5ºC durante 5 a 7 dias e obtidos resultados quantitativos (UFC/m3; UFC/m2; UFC/g) e qualitativos com a identificação das espécies fúngicas. Para a aplicação dos métodos de biologia molecular foram realizadas colheitas de ar de 300 litros utilizando o método de impinger com a velocidade de recolha de 300 L/min. A identificação molecular de três espécies potencialmente patogénicas e/ou toxinogénicas (Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus e Stachybotrys chartarum) foram obtidas por PCR em tempo real (PCR TR) utilizando o Rotor-Gene 6000 qPCR Detection System. As medições de partículas foram realizadas por recurso a equipamento de leitura direta (modelo Lighthouse, 2016 IAQ). Este recurso permitiu medir a concentração (mg/m3) de partículas em 5 dimensões distintas (PM 0.5; PM 1.0; PM 2.5; PM 5.0; PM10). Nas explorações avícolas, 28 espécies/géneros de fungos foram isolados no ar, tendo Aspergillus versicolor sido a espécie mais frequente (20.9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17.0%) e Penicillium sp. (14.1%). Entre o género Aspergillus, Aspergillus flavus apresentou o maior número de esporos (>2000 UFC/m3). Em relação às superfícies, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 × 10−2 UFC/m2). Na cama nova, Penicillium foi o género mais frequente (59,9%), seguido por Alternaria (17,8%), Cladosporium (7,1%) e Aspergillus (5,7%). Na cama usada, Penicillium sp. foi o mais frequente (42,3%), seguido por Scopulariopsis sp. (38,3%), Trichosporon sp. (8,8%) e Aspergillus sp. (5,5%). Em relação à contaminação por partículas, as partículas com maior dimensão foram detectadas em maiores concentrações, designadamente as PM5.0 (partículas com a dimensão de 5.0 bm ou menos) e PM10 (partículas com a dimensão de 10 bm ou menos). Neste setting a prevalência da alteração ventilatória obstrutiva foi superior nos indivíduos com maior tempo de exposição (31,7%) independentemente de serem fumadores (17,1%) ou não fumadores (14,6%). Relativamente à avaliação do IgE específico, foi apenas realizado em trabalhadores das explorações avícolas (14 mulheres e 33 homens), não tendo sido encontrada associação positiva (p<0.05%) entre a contaminação fúngica e a sensibilização a antigénios fúngicos. No caso das explorações suinícolas, Aspergillus versicolor foi a espécie mais frequente (20,9%), seguida por Scopulariopsis brevicaulis (17,0%) e Penicillium sp. (14,1%). No género Aspergillus, A. versicolor apresentou o maior isolamento no ar (>2000 UFC/m3) e a maior prevalência (41,9%), seguida por A. flavus e A. fumigatus (8,1%). Em relação às superfícies analisadas, A. versicolor foi detetada em maior número (>3 ×10−2 UFC/m2). No caso da cobertura do pavimento das explorações suinícolas, o género Thicoderma foi o mais frequente na cobertura nova (28,0%) seguida por A. versicolor e Acremonium sp. (14,0%). O género Mucor foi o mais frequente na cobertura usada (25,1%), seguido por Trichoderma sp. (18,3%) e Acremonium sp. (11,2%). Relativamente às partículas, foram evidenciados também valores mais elevados na dimensão PM5 e, predominantes nas PM10. Neste contexto, apenas 4 participantes (22,2%) apresentaram uma alteração ventilatória obstrutiva. Destes, as obstruções mais graves encontraram-se nos que também apresentavam maior tempo de exposição. A prevalência de asma na amostra de trabalhadores em estudo, pertencentes aos 2 contextos em estudo, foi de 8,75%, tendo-se verificado também uma prevalência elevada de sintomatologia respiratória em profissionais não asmáticos. Em relação à utilização complementar dos métodos convencionais e moleculares, é recomendável que a avaliação da contaminação fúngica nestes settings, e, consequentemente, a exposição profissional a fungos, seja suportada pelas duas metodologias e, ainda, que ocorre exposição ocupacional à micotoxina aflatoxina B1 em ambos os contextos profissionais. Face aos resultados obtidos, é importante salientar que os settings alvo de estudo carecem de uma intervenção integrada em Saúde Ocupacional no âmbito da vigilância ambiental e da vigilância da saúde, com o objetivo de diminuir a exposição aos dois factores de risco estudados (fungos e partículas).

Ventilação mista em edifícios de habitação

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Use of negative information in positioning and tracking algorithms

To avoid additional hardware deployment, indoor localization systems have to be designed in such a way that they rely on existing infrastructure only. Besides the processing of measurements between nodes, localization procedure can include the information of all available environment information. In order to enhance the performance of Wi-Fi based localization systems, the innovative solution presented in this paper considers also the negative information. An indoor tracking method inspired by Kalman filtering is also proposed.

Particulate matter distribution in selected Portuguese archives: a preliminary study

Particulate matter (PM) can have a significant impact on human health and on artifacts stored and kept inside museums and archives. To the author's knowledge, its immediate and/or longterm concentrations and distribution on Portuguese archives has never been determined. Four Portuguese archives (with and without HVAC/air filtration systems) were selected and the immediate concentration of airborne particulate matter was measured by active sampling. Indoor-outdoor ratios were also determined. International and national guidelines were used to ascertain the environment’s quality, both for the readers and staff and for the documents preserved in these institutions. Inside, PM2.5 ranged between 0.37μg/m3 and 27.61μg/m3, while PM10 ranged between 4.43μg/m3 and 285.52μg/m3. The lowest values were determined in storage rooms and the highest in reading rooms. In terms of human health, Portuguese guidelines for immediate PM10 concentration were not met in several locations. For conservation purposes, storage rooms were classified according to an original air quality grid. Air filtration systems proved valuable in maintaining a safe environment for our written heritage and the staff and readers that deal with it and care for it every day. This study constitutes the first snapshot of the particulate matter concentrations and distribution in Portuguese Archives.

Distributed MPC for Thermal Comfort and Load Allocation with Energy Auction

This paper presents a distributed predictive control methodology for indoor thermal comfort that optimizes the consumption of a limited shared energy resource using an integrated demand-side management approach that involves a power price auction and an appliance loads allocation scheme. The control objective for each subsystem (house or building) aims to minimize the energy cost while maintaining the indoor temperature inside comfort limits. In a distributed coordinated multi-agent ecosystem, each house or building control agent achieves its objectives while sharing, among them, the available energy through the introduction of particular coupling constraints in their underlying optimization problem. Coordination is maintained by a daily green energy auction bring in a demand-side management approach. Also the implemented distributed MPC algorithm is described and validated with simulation studies.

Formaldehyde: exposure and genotoxicity assessments and potential health effects

Worldwide formaldehyde is manipulated with diverse usage properties, since industrial purposes to health laboratory objectives, representing the economic importance of this chemical agent. Therefore, many people are exposed to formaldehyde environmentally and/or occupationally. Considering the latter, there was recommended occupational exposure limits based on threshold mechanisms, limit values and indoor guidelines. Formaldehyde is classified by the International Agency for Cancer Research (IARC) as carcinogenic to humans (group 1), since a wide range of epidemiological studies in occupational exposure settings have suggested possible links between the concentration and duration of exposure and elevated risks of nasopharyngeal cancer, and others cancers, and more recently, with leukemia. Although there are different classifications, such as U.S. EPA that classified formaldehyde as a B1 compound, probable human carcinogen under the conditions of unusually high or prolonged exposure, on basis of limited evidence in humans but with sufficient evidence in animals. Formaldehyde genotoxicity is well-known, being a direct-acting genotoxic compound positively associated for almost all genetic endpoints evaluated in bacteria, yeast, fungi, plants, insects, nematodes, and cultured mammalian cells. There are many human biomonitoring studies that associate formaldehyde occupational exposure to genomic instability, and consequently possible health effects. Besides the link with cancer, also other pathologies and symptoms are associated with formaldehyde exposure, namely respiratory disorders such as asthma, and allergic contact dermatitis. Nowadays, there are efforts to reduce formaldehyde exposure, namely indoor. Europe and United States developed more strict regulation regarding formaldehyde emissions from materials containing this agent. Despite the regulations and restrictions, formaldehyde still continues to be difficult to eliminate or substitute, being biomonitoring an important tool to control possible future health effects.

Characterizing the fungal and bacterial microflora and concentrations in fitness centres

Fitness centres are special places where conditions for microbiological proliferation should be considered. Moisture due to human perspiration and water condensation as a result of human physical activities are prevalent in this type of buildings. Exposure to microbial contaminants is clinically associated with respiratory disorders and people who work out in polluted environments would be susceptible to contaminants. This work studied the indoor air contamination in three gymnasiums in Lisbon. The sampling was performed at two periods: at the opening (morning) and closing (night) of the three gymnasiums. The airborne bacterial and fungal populations were sampled by impaction directly onto Tryptic Soy Agar (for bacteria) and Malt Extract Agar (for fungi) plates, using a Merck MAS-100 air sampler. Higher bacterial concentrations were found at night as compared to the morning but the same behaviour was not found for fungal concentrations. Gram-negative catalase positive cocci were the dominant bacteria in indoor air samples of the studied gymnasiums. In this study, 21 genera/species of fungal colonies were identified. Chrysosporium sp., Chrysonilia sp., Neoscytalidium hialinum, Sepedonium sp. and Penicillium sp. were the most prevalent species identified in the morning, while Cladosporium sp., Penicillium sp., Chrysosporium sp., Acremonium sp. and Chrysonilia sp. were more prevalent at night. A well-designed sanitation and maintenance program for gymnasiums is needed to ensure healthier space for indoor physical activity.

Autonomous behaviors for an unmanned mini-aerial vehicle

This thesis aims at addressing the development of autonomous behaviors, for search and exploration with a mini-UAV (Unmanned Aerial Vehicle), or also called MAV (Mini Aerial Vehicle) prototype, in order to gather information in rescue scenarios. The platform used in this work is a four rotor helicopter, known as quad-rotor from the German company Ascending Technologies GmbH, which is later assembled with a on-board processing unit (i.e. a tiny light weight computer) and a on-board sensor suite (i.e. 2D-LIDAR and Ultrasonic Sonar). This work can be divided into two phases. In the first phase an Indoor Position Tracking system was settled in order to obtain the Cartesian coordinates (i.e. X, Y, Z) and orientation (i.e.heading) which provides the relative position and orientation of the platform. The second phase was the design and implementation of medium/high level controllers on each command input in order to autonomously control the aircraft position, which is the first step towards an autonomous hovering flight, and any autonomous behavior (e.g. Landing, Object avoidance, Follow the wall). The main work is carried out in the Laboratory ”Intelligent Systems for Emergencies and Civil Defense”, in collaboration with ”Dipartimento di Informatica e Sistemistica” of Sapienza Univ. of Rome and ”Istituto Superiore Antincendi” of the Italian Firemen Department.

Environmental mycology in public health: fungi and mycotoxins risk assessment and management

Fungi are essential to the survival of our global ecology, but they might pose a significant threat to the health of occupants when they grow in our buildings. The exposure to fungi in homes is a significant risk factor for a number of respiratory symptoms. Well-known illnesses caused by fungi include allergy and hypersensitivity pneumonitis. Environmental monitoring for fungi and their disease agents are important aspects of exposure assessment, but few guidelines exist for interpreting their health impacts. This book answers the questions: How does one detect and measure the presence of indoor fungi? What is an acceptable level of indoor fungi? How do we relate this information to human health problems?

HIV risk practices by female sex workers according to workplace

OBJECTIVE To investigate differences in HIV infection- related risk practices by Female Sex Workers according to workplace and the effects of homophily on estimating HIV prevalence. METHODS Data from 2,523 women, recruited using Respondent-Driven Sampling, were used for the study carried out in 10 Brazilian cities in 2008-2009. The study included female sex workers aged 18 and over. The questionnaire was completed by the subjects and included questions on characteristics of professional activity, sexual practices, use of drugs, HIV testing, and access to health services. HIV quick tests were conducted. The participants were classified in two groups according to place of work: on the street or indoor venues, like nightclubs and saunas. To compare variable distributions by place of work, we used Chi-square homogeneity tests, taking into consideration unequal selection probabilities as well as the structure of dependence between observations. We tested the effect of homophily by workplace on estimated HIV prevalence. RESULTS The highest HIV risk practices were associated with: working on the streets, lower socioeconomic status, low regular smear test coverage, higher levels of crack use and higher levels of syphilis serological scars as well as higher prevalence of HIV infection. The effect of homophily was higher among sex workers in indoor venues. However, it did not affect the estimated prevalence of HIV, even after using a post-stratification by workplace procedure. CONCLUSIONS The findings suggest that strategies should focus on extending access to, and utilization of, health services. Prevention policies should be specifically aimed at street workers. Regarding the application of Respondent-Driven Sampling, the sample should be sufficient to estimate transition probabilities, as the network develops more quickly among sex workers in indoor venues.

Competitive dynamics for behavior coordination in a joint transportation task

We address the problem of coordinating two non-holonomic mobile robots that move in formation while transporting a long payload. A competitive dynamics is introduced that gradually controls the activation and deactivation of individual behaviors. This process introduces (asymmetrical) hysteresis during behavioral switching. As a result behavioral oscillations, due to noisy information, are eliminated. Results in indoor environments show that if parameter values are chosen within reasonable ranges then, in spite of noise in the robots communi- cation and sensors, the overall robotic system works quite well even in cluttered environments. The robots overt behavior is stable and smooth.

Viability of the use of an A-SiC:H multiplayer device in a domestic VLC application

In this paper the viability of an integrated wavelength optical filter and photodetector for visible light communication (VLC) is discussed. The proposed application uses indoor warm light lamps lighting accomplished by ultra-bright light-emitting diodes (LEDs) pulsed at frequencies higher than the ones perceived by the human eye. The system was analyzed at two different wavelengths in the visible spectrum (430 nm and 626 nm) with variable optical intensities. The signals were transmitted into free space and measured using a multilayered photodetector based on a-SiC:H/a-Si:H. The detector works as an optical filter with controlled wavelength sensitivity through the use of optical bias. The output photocurrent was measured for different optical intensities of the transmitted optical signal and the extent of each signal was tested. The influence of environmental fluorescent lighting was also analysed in order to test the strength of the system. © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.