Sistemi riconfigurabili a basso consumo per applicazioni di monitoraggio distribuito

The term Ambient Intelligence (AmI) refers to a vision on the future of the information society where smart, electronic environment are sensitive and responsive to the presence of people and their activities (Context awareness). In an ambient intelligence world, devices work in concert to support people in carrying out their everyday life activities, tasks and rituals in an easy, natural way using information and intelligence that is hidden in the network connecting these devices. This promotes the creation of pervasive environments improving the quality of life of the occupants and enhancing the human experience. AmI stems from the convergence of three key technologies: ubiquitous computing, ubiquitous communication and natural interfaces. Ambient intelligent systems are heterogeneous and require an excellent cooperation between several hardware/software technologies and disciplines, including signal processing, networking and protocols, embedded systems, information management, and distributed algorithms. Since a large amount of fixed and mobile sensors embedded is deployed into the environment, the Wireless Sensor Networks is one of the most relevant enabling technologies for AmI. WSN are complex systems made up of a number of sensor nodes which can be deployed in a target area to sense physical phenomena and communicate with other nodes and base stations. These simple devices typically embed a low power computational unit (microcontrollers, FPGAs etc.), a wireless communication unit, one or more sensors and a some form of energy supply (either batteries or energy scavenger modules). WNS promises of revolutionizing the interactions between the real physical worlds and human beings. Low-cost, low-computational power, low energy consumption and small size are characteristics that must be taken into consideration when designing and dealing with WSNs. To fully exploit the potential of distributed sensing approaches, a set of challengesmust be addressed. Sensor nodes are inherently resource-constrained systems with very low power consumption and small size requirements which enables than to reduce the interference on the physical phenomena sensed and to allow easy and low-cost deployment. They have limited processing speed,storage capacity and communication bandwidth that must be efficiently used to increase the degree of local ”understanding” of the observed phenomena. A particular case of sensor nodes are video sensors. This topic holds strong interest for a wide range of contexts such as military, security, robotics and most recently consumer applications. Vision sensors are extremely effective for medium to long-range sensing because vision provides rich information to human operators. However, image sensors generate a huge amount of data, whichmust be heavily processed before it is transmitted due to the scarce bandwidth capability of radio interfaces. In particular, in video-surveillance, it has been shown that source-side compression is mandatory due to limited bandwidth and delay constraints. Moreover, there is an ample opportunity for performing higher-level processing functions, such as object recognition that has the potential to drastically reduce the required bandwidth (e.g. by transmitting compressed images only when something ‘interesting‘ is detected). The energy cost of image processing must however be carefully minimized. Imaging could play and plays an important role in sensing devices for ambient intelligence. Computer vision can for instance be used for recognising persons and objects and recognising behaviour such as illness and rioting. Having a wireless camera as a camera mote opens the way for distributed scene analysis. More eyes see more than one and a camera system that can observe a scene from multiple directions would be able to overcome occlusion problems and could describe objects in their true 3D appearance. In real-time, these approaches are a recently opened field of research. In this thesis we pay attention to the realities of hardware/software technologies and the design needed to realize systems for distributed monitoring, attempting to propose solutions on open issues and filling the gap between AmI scenarios and hardware reality. The physical implementation of an individual wireless node is constrained by three important metrics which are outlined below. Despite that the design of the sensor network and its sensor nodes is strictly application dependent, a number of constraints should almost always be considered. Among them: • Small form factor to reduce nodes intrusiveness. • Low power consumption to reduce battery size and to extend nodes lifetime. • Low cost for a widespread diffusion. These limitations typically result in the adoption of low power, low cost devices such as low powermicrocontrollers with few kilobytes of RAMand tenth of kilobytes of program memory with whomonly simple data processing algorithms can be implemented. However the overall computational power of the WNS can be very large since the network presents a high degree of parallelism that can be exploited through the adoption of ad-hoc techniques. Furthermore through the fusion of information from the dense mesh of sensors even complex phenomena can be monitored. In this dissertation we present our results in building several AmI applications suitable for a WSN implementation. The work can be divided into two main areas:Low Power Video Sensor Node and Video Processing Alghoritm and Multimodal Surveillance . Low Power Video Sensor Nodes and Video Processing Alghoritms In comparison to scalar sensors, such as temperature, pressure, humidity, velocity, and acceleration sensors, vision sensors generate much higher bandwidth data due to the two-dimensional nature of their pixel array. We have tackled all the constraints listed above and have proposed solutions to overcome the current WSNlimits for Video sensor node. We have designed and developed wireless video sensor nodes focusing on the small size and the flexibility of reuse in different applications. The video nodes target a different design point: the portability (on-board power supply, wireless communication), a scanty power budget (500mW),while still providing a prominent level of intelligence, namely sophisticated classification algorithmand high level of reconfigurability. We developed two different video sensor node: The device architecture of the first one is based on a low-cost low-power FPGA+microcontroller system-on-chip. The second one is based on ARM9 processor. Both systems designed within the above mentioned power envelope could operate in a continuous fashion with Li-Polymer battery pack and solar panel. Novel low power low cost video sensor nodes which, in contrast to sensors that just watch the world, are capable of comprehending the perceived information in order to interpret it locally, are presented. Featuring such intelligence, these nodes would be able to cope with such tasks as recognition of unattended bags in airports, persons carrying potentially dangerous objects, etc.,which normally require a human operator. Vision algorithms for object detection, acquisition like human detection with Support Vector Machine (SVM) classification and abandoned/removed object detection are implemented, described and illustrated on real world data. Multimodal surveillance: In several setup the use of wired video cameras may not be possible. For this reason building an energy efficient wireless vision network for monitoring and surveillance is one of the major efforts in the sensor network community. Energy efficiency for wireless smart camera networks is one of the major efforts in distributed monitoring and surveillance community. For this reason, building an energy efficient wireless vision network for monitoring and surveillance is one of the major efforts in the sensor network community. The Pyroelectric Infra-Red (PIR) sensors have been used to extend the lifetime of a solar-powered video sensor node by providing an energy level dependent trigger to the video camera and the wireless module. Such approach has shown to be able to extend node lifetime and possibly result in continuous operation of the node.Being low-cost, passive (thus low-power) and presenting a limited form factor, PIR sensors are well suited for WSN applications. Moreover techniques to have aggressive power management policies are essential for achieving long-termoperating on standalone distributed cameras needed to improve the power consumption. We have used an adaptive controller like Model Predictive Control (MPC) to help the system to improve the performances outperforming naive power management policies.

Produzione automatizzata per nastratura di componenti strutturali in materiale composito

Questa dissertazione tratterà l’argomento dello studio di metodi di progettazione e processi tecnologici innovativi per l’industrializzazione in medio-grande serie di componenti strutturali in materiale composito. L’interesse della ricerca verso questo ambito è suscitato dai notevoli vantaggi che l’utilizzo di materiali dall’alto rapporto prestazioni meccaniche/peso danno nella ricerca di elevate prestazioni in applicazioni sportive e diminuzione dei consumi ed emissioni inquinanti in mezzi di trasporto di grande serie. Lo studio di componenti in materiale composito è caratterizzato dalla peculiarità di non poter disgiungere la progettazione della geometria della parte da quella del materiale e del processo, ed in questo senso nella figura del progettista si vanno a riassumere sinergicamente competenze riguardanti i tre ambiti. Lo scopo di questo lavoro è la proposizione di una metodologia di progettazione e produzione di componenti strutturali che permetta l’utilizzazione ottimale della natura fibrosa del materiale composito sia dal punto di vista del trasferimento dei carichi tra diversi componenti, sia dal punto di vista del processo di laminazione che avviene per nastratura automatizzata. Lo studio è volto a mostrare in quali termini tale tecnologia sia potenzialmente in grado di superare i vincoli di forma ed i limiti di efficienza meccanica delle giunzioni tra le parti e di garantire maggiore produttività e costi inferiori rispetti ai diversi metodi di produzione che rappresentano oggi lo stato dell’arte dell’industrializzazione in medio-grande serie. Particolare attenzione verrà posta sull’utilizzo della tecnologia oggetto di studio per la produzione di telai automobilistici.

Jesolo: area "x-site". Edifici per lo sport, la residenza e il tempo libero

Il territorio del comune di Jesolo si estende a nord della costa veneziana,affacciato sul Mare Adriatico e delimitato dalla Laguna e dai fiumi Sile e Piave. Come molte città costiere del Nord Italia, Jesolo si è sviluppata principalmente tra gli anni ’70 e ’80 del ‘900. La rapida espansione del Lido ha provocato la saturazione disordinata della costa, dettata dalla necessità di rispondere in maniera rapida ad un aumento improvviso del turismo balneare. L’organizzazione in fasce parallele dell’edificato rispetto alla linea di costa e la sua compattezza non consente la relazione diretta tra il Mare Adriatico e il sistema formato dalla laguna e dal fiume Sile. Obiettivo della proposta progettuale è ristabilire il legame tra mare e fiume mediante un sistema di percorsi in grado di attraversare una parte consistente del territorio del Lido offrendo luoghi di aggregazione e opportunità di svago alternative alla stagionalità della spiaggia.

Utilizzo delle bande dell’Infrarosso Termico in tecniche di remote sensing per applicazioni in ambito urbano

Il presente studio si concentra sulle diverse applicazioni del telerilevamento termico in ambito urbano. Vengono inizialmente descritti la radiazione infrarossa e le sue interazioni con l’atmosfera terrestre, le leggi principali che regolano lo scambio di calore per irraggiamento, le caratteristiche dei sensori e le diverse applicazioni di termografia. Successivamente sono trattati nel dettaglio gli aspetti caratteristici della termografia da piattaforma satellitare, finalizzata principalmente alla valutazione del fenomeno dell'Urban Heat Island; vengono descritti i sensori disponibili, le metodologie di correzione per gli effetti atmosferici, per la stima dell'emissività delle superfici e per il calcolo della temperatura superficiale dei pixels. Viene quindi illustrata la sperimentazione effettuata sull'area di Bologna mediante immagini multispettrali ASTER: i risultati mostrano come sull'area urbana sia riscontrabile la presenza dell'Isola di Calore Urbano, anche se la sua quantificazione risulta complessa. Si procede quindi alla descrizione di potenzialità e limiti della termografia aerea, dei suoi diversi utilizzi, delle modalità operative di rilievo e degli algoritmi utilizzati per il calcolo della temperatura superficiale delle coperture edilizie. Tramite l’analisi di alcune esperienze precedenti vengono trattati l’influenza dell’atmosfera, la modellazione dei suoi effetti sulla radianza rilevata, i diversi metodi per la stima dell’emissività. Viene quindi introdotto il progetto europeo Energycity, finalizzato alla creazione di un sistema GeoWeb di supporto spaziale alle decisioni per la riduzione di consumi energetici e produzione di gas serra su sette città dell'Europa Centrale. Vengono illustrate le modalità di rilievo e le attività di processing dei datasets digitali per la creazione di mappe di temperatura superficiale da implementare nel sistema SDSS. Viene infine descritta la sperimentazione effettuata sulle immagini termiche acquisite nel febbraio 2010 sulla città di Treviso, trasformate in un mosaico georiferito di temperatura radiometrica tramite correzioni geometriche e radiometriche; a seguito della correzione per l’emissività quest’ultimo verrà trasformato in un mosaico di temperatura superficiale.

Jesolo - area pineta un parco per la cultura

Il paesaggio lagunare porta i segni di importanti interventi antropici che si sono susseguiti dall’epoca romana ad oggi, a partire dalle prima centuriazioni, per seguire con le grandi opere di bonifica e deviazione dei fiumi sino alla rapida trasformazione di Jesolo Lido, da colonia elioterapica degli anni ‘30 a località turistica internazionale. L’insediamento nella zona “Parco Pineta” si propone come costruzione di un paesaggio artificiale, funzionale all’uso particolare del tempo libero in un grande spazio aperto, strettamente connesso alla città e aderente a luoghi precisamente connotati quali sono la pineta, il borgo, il canale e le residenze turistiche progettate dall’architetto Gonçalo Byrne. Le scale di progetto sono due, quella territoriale e quella architettonica. Il progetto mira a connettere i centri di Jesolo e Cortellazzo con un sistema di percorsi ciclabili. Il fiume Piave consente di combinare il turismo sostenibile con la possibilità di ripercorrere i luoghi delle memorie storiche legate al primo conflitto bellico mondiale. L’intenzione è quella di rendere Cortellazzo parte integrante di un itinerario storico, artistico e naturalistico. Il Parco Pineta si configurerebbe così come il punto di partenza di un percorso che risalendo il fiume collega il piccolo borgo di Cortellazzo con San Donà e con il suo già noto Parco della Scultura in Architettura. Alla scala territoriale è l’architettura del paesaggio, il segno materiale, l’elemento dominante e caratterizzante il progetto. L’articolazione spaziale dell’intervento è costruita seguendo la geometria dettata dall’organizzazione fondiaria e la griglia della città di fondazione, con l’intento chiaro di costruire un “fatto territoriale” riconoscibile. L’unità generale è affidata al quadrato della Grande Pianta entro il quale vengono definite le altre unità spaziali. L’insieme propone uno schema organizzativo semplice che, scavalcando il Canale Cavetta, ricongiunge le parti avulse del territorio. Il grande quadrato consente di frazionare gli spazi definendo sistemi integrati diversamente utilizzabili cosicché ogni parte dell’area di progetto abbia una sua connotazione e un suo interesse d’uso. In questo modo i vincoli morfologici dell’area permettono di costruire ambienti specificamente indirizzati non solo funzionalmente ma soprattutto nelle loro fattezze architettoniche e paesistiche. Oggetto di approfondimento della tesi è stato il dispositivo della piattaforma legata all’interpretazione del sistema delle terre alte e terre basse centrale nel progetto di Byrne. Sulla sommità della piattaforma poggiano gli edifici dell’auditorium e della galleria espositiva.

Parco Agricolo Guimarães. Piano per la riqualificazione paesaggistica e la fruizione pubblica dell'area rurale di veiga de creixomil.

Parco Agricolo Guimarães, piano per la riqualificazione paesaggistica e la fruizione pubblica dell'area rurale di Veiga de Creixomil. La tesi in oggetto consiste in una proposta per una riqualificazione paesaggistica ed uno studio di inserimento di attrattività pubbliche in un contesto rurale periurbano. L'area oggetto di studio presenta caratteristiche ambientali e agricole che divengono uno spunto progettuale, trasponendo le criticità sino a diventare motori della rigenerazione urbana per micro interventi. La proposta progettuale consiste nella espansione degli orti urbani e nella creazione di una piazza scambio per i prodotti locali mentre altre attività di aggregazione e coesione sociale sono poste in altre zone del parco agricolo.

Ripensare il finale: Un centro culturale per la ricomposizione dell'area del castello

L'oggetto della tesi riguarda la riqualificazione dell'area attorno al Castello delle Rocche di Finale Emilia, attraverso l'introduzione di due nuovi edifici adibiti a biblioteca e centro civico. Il tentativo è stato quello di ricomporre questo importante nodo urbano trasformandolo in una grande piazza della cultura che fa perno attorno al castello, ridandogli il giusto ruolo all'interno della scacchiera urbana, soprattutto a seguito degli eventi sismici del 2012 che hanno portato ad un suo parziale crollo. I nuovi edifici cercano una relazione ed una definizione con la città e la sua storia, nel tentativo di inserirsi nella storia urbana di Finale in maniera più naturale possibile.

Jesolo - area "central park". Architetture per la cultura

La tesi rappresenta un intervento architettonico e urbano sull’area destinata al “Central Park”, che si inserisce nel contesto del Masterplan di Jesolo di Kenzo Tange del 1997. Un’analisi delle dinamiche storiche, dello sviluppo della città balneare, dei punti di forza e delle criticità territoriali, ha portato alla definizione dell’area di progetto e delle intenzioni progettuali, sia a scala urbana, sia a scala architettonica. Il progetto si basa sulla creazione di un grande parco centrale che funga da luogo di svago e relax, ma anche da sito privilegiato per lo studio della natura del territorio. All’interno di un sistema di fasce, che scandisce l’intero intervento, è stato progettato un giardino botanico che lega tra loro i quattro edifici destinati allo studio e alla cultura: il museo di storia naturale, la biblioteca, la sala conferenze e i laboratori didattici per bambini. Le architetture sono disposte secondo un sistema lineare che crea una sequenza di spazi chiusi e aperti. La progettazione degli edifici si articola su uno punto di partenza comune, identificato nell’isolato quadrato e nel tipo a corte. Seguendo un principio di trasformazione sperimentato da Oswald Mathias Ungers, ogni architettura ha successivamente raggiunto il proprio sviluppo e le proprie caratteristiche spaziali e volumetriche.

Jesolo - area "central park" centro per lo sport e il benessere

La prima parte del volume raccoglie una serie di capitoli dedicati alla lettura ed all’analisi del territorio di Jesolo. I materiali sono stati elaborati all’interno del Laboratorio di Sintesi “I luoghi del tempo libero”, coordinato dalla prof.ssa Elena Mucelli nell’Anno Accademico 2013/14. La seconda parte del volume raccoglie i materiali dedicati all’approfondimento tematico ed alle proposte progettuali sviluppati dai singoli candidati.

Jesolo - area "central park" architetture per la sostenibilita ambientale

La prima parte del volume raccoglie una serie di capitoli dedicati alla lettura ed all’analisi del territorio di Jesolo. I materiali sono stati elaborati all’interno del Laboratorio di Sintesi “I luoghi del tempo libero”, coordinato dalla prof.ssa Elena Mucelli nell’Anno Accademico 2013/14. La seconda parte del volume raccoglie i materiali dedicati all’approfondimento tematico ed alle proposte progettuali sviluppati dai singoli candidati.