Smart histogram analysis applied to the skull-stripping problem in T1-weighted MRI

In this paper we address the "skull-stripping" problem in 3D MR images. We propose a new method that employs an efficient and unique histogram analysis. A fundamental component of this analysis is an algorithm for partitioning a histogram based on the position of the maximum deviation from a Gaussian fit. In our experiments we use a comprehensive image database, including both synthetic and real MRI. and compare our method with other two well-known methods, namely BSE and BET. For all datasets we achieved superior results. Our method is also highly independent of parameter tuning and very robust across considerable variations of noise ratio.

Effective Properties Evaluation for Smart Composite Materials

The purpose of this article is to present a method which consists in the development of unit cell numerical models for smart composite materials with piezoelectric fibers made of PZT embedded in a non-piezoelectric matrix (epoxy resin). This method evaluates a globally homogeneous medium equivalent to the original composite, using a representative volume element (RVE). The suitable boundary conditions allow the simulation of all modes of the overall deformation arising from any arbitrary combination of mechanical and electrical loading. In the first instance, the unit cell is applied to predict the effective material coefficients of the transversely isotropic piezoelectric composite with circular cross section fibers. The numerical results are compared to other methods reported in the literature and also to results previously published, in order to evaluate the method proposal. In the second step, the method is applied to calculate the equivalent properties for smart composite materials with square cross section fibers. Results of comparison between different combinations of circular and square fiber geometries, observing the influence of the boundary conditions and arrangements are presented.

Investigating Smart Sampling as a population initialization method for Differential Evolution in continuous problems

Recently, researches have shown that the performance of metaheuristics can be affected by population initialization. Opposition-based Differential Evolution (ODE), Quasi-Oppositional Differential Evolution (QODE), and Uniform-Quasi-Opposition Differential Evolution (UQODE) are three state-of-the-art methods that improve the performance of the Differential Evolution algorithm based on population initialization and different search strategies. In a different approach to achieve similar results, this paper presents a technique to discover promising regions in a continuous search-space of an optimization problem. Using machine-learning techniques, the algorithm named Smart Sampling (SS) finds regions with high possibility of containing a global optimum. Next, a metaheuristic can be initialized inside each region to find that optimum. SS and DE were combined (originating the SSDE algorithm) to evaluate our approach, and experiments were conducted in the same set of benchmark functions used by ODE, QODE and UQODE authors. Results have shown that the total number of function evaluations required by DE to reach the global optimum can be significantly reduced and that the success rate improves if SS is employed first. Such results are also in consonance with results from the literature, stating the importance of an adequate starting population. Moreover, SS presents better efficacy to find initial populations of superior quality when compared to the other three algorithms that employ oppositional learning. Finally and most important, the SS performance in finding promising regions is independent of the employed metaheuristic with which SS is combined, making SS suitable to improve the performance of a large variety of optimization techniques. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effective properties evaluation for smart composite materials

The purpose of this article is to present a method which consists in the development of unit cell numerical models for smart composite materials with piezoelectric fibers made of PZT embedded in a non-piezoelectric matrix (epoxy resin). This method evaluates a globally homogeneous medium equivalent to the original composite, using a representative volume element (RVE). The suitable boundary conditions allow the simulation of all modes of the overall deformation arising from any arbitrary combination of mechanical and electrical loading. In the first instance, the unit cell is applied to predict the effective material coefficients of the transversely isotropic piezoelectric composite with circular cross section fibers. The numerical results are compared to other methods reported in the literature and also to results previously published, in order to evaluate the method proposal. In the second step, the method is applied to calculate the equivalent properties for smart composite materials with square cross section fibers. Results of comparison between different combinations of circular and square fiber geometries, observing the influence of the boundary conditions and arrangements are presented.

Dynamic services in mobile ad hoc networks

The increasing diffusion of wireless-enabled portable devices is pushing toward the design of novel service scenarios, promoting temporary and opportunistic interactions in infrastructure-less environments. Mobile Ad Hoc Networks (MANET) are the general model of these higly dynamic networks that can be specialized, depending on application cases, in more specific and refined models such as Vehicular Ad Hoc Networks and Wireless Sensor Networks. Two interesting deployment cases are of increasing relevance: resource diffusion among users equipped with portable devices, such as laptops, smart phones or PDAs in crowded areas (termed dense MANET) and dissemination/indexing of monitoring information collected in Vehicular Sensor Networks. The extreme dynamicity of these scenarios calls for novel distributed protocols and services facilitating application development. To this aim we have designed middleware solutions supporting these challenging tasks. REDMAN manages, retrieves, and disseminates replicas of software resources in dense MANET; it implements novel lightweight protocols to maintain a desired replication degree despite participants mobility, and efficiently perform resource retrieval. REDMAN exploits the high-density assumption to achieve scalability and limited network overhead. Sensed data gathering and distributed indexing in Vehicular Networks raise similar issues: we propose a specific middleware support, called MobEyes, exploiting node mobility to opportunistically diffuse data summaries among neighbor vehicles. MobEyes creates a low-cost opportunistic distributed index to query the distributed storage and to determine the location of needed information. Extensive validation and testing of REDMAN and MobEyes prove the effectiveness of our original solutions in limiting communication overhead while maintaining the required accuracy of replication degree and indexing completeness, and demonstrates the feasibility of the middleware approach.

A methodological research on software engineering applied to design of smart grids using a complex system approach

[ES] El reto de conseguir una red eléctrica más eficiente pasa por la introducción masiva de energías renovables en la red eléctrica, disminuyendo así las emisiones de CO2. Por ello, se propone no sólo controlar la producción, como se ha hecho hasta ahora, sino que también se propone controlar la demanda. Por ello, en esta investigación se evalúa el uso de la Ingeniería Dirigida por Modelos para gestionar la complejidad en el modelado de redes eléctricas, la Inteligencia de Negocio para analizar la gran cantidad de datos de simulaciones y la Inteligencia Colectiva para optimizar el reparto de energía entre los millones de dispositivos que se encuentran en el lado de la demanda.

Strumenti per la valutazione dello stato conservativo e per la manutenzione programmata dei ponti della Provincia di Bologna

La tesi tratta di strumenti finalizzati alla valutazione dello stato conservativo e di supporto all'attività di manutenzione dei ponti, dai più generali Bridge Management Systems ai Sistemi di Valutazione Numerica della Condizione strutturale. Viene proposto uno strumento originale con cui classificare i ponti attraverso un Indice di Valutazione Complessiva e grazie ad esso stabilire le priorità d'intervento. Si tara lo strumento sul caso pratico di alcuni ponti della Provincia di Bologna. Su un ponte in particolare viene realizzato un approfondimento specifico sulla determinazione approssimata dei periodi propri delle strutture da ponte. Si effettua un confronto dei risultati di alcune modellazioni semplificate in riferimento a modellazioni dettagliate e risultati sperimentali.

Diagnosi non distruttiva di murature di laterizio: applicazioni di tomografia sonica in laboratorio

Il lavoro svolto nella presente tesi di laurea si sviluppa all’interno del progetto di ricerca europeo SmooHs (Smart Monitoring of Historic Structures-Monitoraggio intelligente di edifici e strutture storiche) nell’ambito del 7 Programma Quadro della Commissione Europea. Gli edifici storici sono caratterizzati da elementi architettonici, materiali e soluzioni progettuali uniche e pertanto da valorizzare. Al fine si salvaguardare tali beni storici si richiede una conoscenza approfondita dei processi di deterioramento, legati spesso a fattori ambientali, e una loro rilevazione immediata. Il monitoraggio continuo dei possibili parametri che influenzano i suddetti processi può contribuire significativamente, ma un’applicazione estesa di questa tecnica è finora fallita a causa dei costi elevati di sistemi completi di monitoraggio; per questo sono stati osservati solitamente pochi parametri. L’obiettivo del progetto prevede lo sviluppo di strumenti di monitoraggio e diagnostica competitivi per gli specialisti nel settore che vada al di là del mero accumulo di dati. La normativa, in particolare le Linee Guida per l’applicazione al patrimonio culturale della normativa tecnica di cui all’Ordinanza PCM-3274 del 2005, evidenziano l’importanza di raggiungere un elevato livello di informazione dell’oggetto e del suo comportamento strutturale attraverso un percorso conoscitivo pluriramificato. “Si ha pertanto la necessità di affinare tecniche di analisi ed interpretazione dei manufatti storici mediante fasi conoscitive dal diverso grado di attendibilità, anche in relazione al loro impatto. La conoscenza può infatti essere conseguita con diversi livelli di approfondimento, in funzione dell’accuratezza delle operazioni di rilievo, delle ricerche storiche e delle indagini sperimentali” (Linee guida per l’applicazione all patrimonio culturale della normativa tecnica di cui all’ordinanza PCM-3274, 2005). Per quanto riguarda la caratterizzazione meccanica dei materiali, la normativa cita “Tecniche diagnostiche non distruttive di tipo indiretto, quali prove soniche ed ultrasoniche, consentono di valutare l’omogeneità dei parametri meccanici nelle diverse parti della costruzione, ma non forniscono stime quantitative attendibili dei loro valori, in quanto essi vengono desunti dalla misura di altre grandezze”. Non viene identificata una procedura univoca di prove non distruttive per ciascuna tipologia edilizia, pertanto ci domandiamo quale sia la procedura più idonea da utilizzare, considerando il tipo di risultato che si vuole ottenere. Si richiedono quindi degli studi di fattibilità di diverse tecniche non distruttive, soprattutto tecniche per immagini che diano un risultato più immediato da comprendere. Per questo scopo è stato impostato un programma di ricerca per valutare l’efficacia di una tecnica non distruttiva, la tomografia sonica, su provini in muratura costruiti nei laboratori del LaRM (Laboratorio di Resistenza dei Materiali del DISTART dell’Università di Bologna), reputando questa la strada da percorrere verso una diagnostica strutturale sempre più dettagliata. I provini in muratura di laterizio PNDE e PNDF, presentano al loro interno dei difetti (in polistirolo espanso) di geometria e posizione nota e diverse tessiture murarie (muratura di laterizio tradizionale e muratura a sacco). Nel capitolo 2 vengono descritte le caratteristiche e le basi teoriche delle prove soniche e di altre tecniche non distruttive, al fine di poterne fare un confronto. La tomografia sonica è definita e sono illustrate le sue peculiarità; vengono inoltre riportati alcuni esempi di applicazioni della stessa su strutture storiche lignee e murarie. Nel capitolo 3 sono presentati i provini oggetto di studio ed introdotto qualche accenno sulla natura delle murature di laterizio. Sono specificati i corsi e le sezioni verticali sui quali viene sperimentata la tomografia; essi hanno precise caratteristiche che permettono di eseguire una sperimentazione mirata all’individuazione di anomalie in una sezione e al riconoscimento di diverse tessiture murarie. Nel capitolo 4 è illustrata la procedura di acquisizione dei dati in laboratorio e di rielaborazione degli stessi nella fase di post-processing. Dopo aver scelto, in base alla risoluzione, la distanza che intercorre tra le stazioni di misura, sono stati progettati i vari percorsi uscenti da ogni stazione trasmittente, andando a definire i ray-paths delle sezioni sia orizzontali che verticali. I software per il calcolo dei tempi di volo (in ambiente LabView) e per l’inversione degli stessi (Geotom) sono presentati e vengono definite le istruzioni per l’utilizzo. Il capitolo 5 assieme al capitolo 6, mostra i risultati ottenuti dall’inversione dei tempi di volo. Per i diversi corsi orizzontali e sezioni verticali sono riportate le mappe di velocità ottenute al variare di diversi parametri di settaggio impostati nel software tomografico. Le immagini tomografiche evidenziano le caratteristiche interne delle sezioni studiate, in base alla risoluzione geometrica della tecnica. Nel capitolo 7 e 8 sono mostrati i risultati delle prove soniche dirette applicate sia sui corsi verticali sia sulle sezioni verticali. Le stazioni di misura considerate sono le stesse utilizzate per la tomografia. Il capitolo 9 riporta il confronto tra le mappe di velocità prodotte dalla tomografia sonica e gli istogrammi delle velocità registrate nelle prove soniche dirette. Si evidenziano le differenze nell’individuazione di difetti tra due metodologie differenti. Infine sono riportate le conclusioni sul lavoro svolto. I limiti e i vantaggi della tecnica tomografica vengono desunti dai risultati ottenuti per varie tipologie di sezioni, a confronto anche con risultati di prove soniche dirette. Ciò ci porta a definire la fattibilità di utilizzo della tomografia sonica nella diagnosi delle strutture in muratura.

Progettazione e Implementazione di un modulo di Power Management per Smart Environments

Progettazione ed implementazione di un modulo che gestisca il consumo di energia in uno Smart Environment, contestualizzato nell'ambito di un progetto europeo, SOFIA (Smart Object For Intelligent Applications), che ambisce ad accelerare l'integrazione di oggetti intelligenti nella vita quotidiana. Il consumo energetico da gestire e' quello di una rete di sensori; e' stato dimostrato che, riducendo le trasmissioni di dati tra sensori ed il resto della rete, le batterie durano quasi il doppio del tempo e, di conseguenza, la vita della rete e' raddoppiata, con vantaggi evidenti per l'ambiente.