Groundtruth system for underwater benchmarking

Oceans - San Diego, 2013

Calibration Method for Underwater Visual Ground-Truth System

This work presents an automatic calibration method for a vision based external underwater ground-truth positioning system. These systems are a relevant tool in benchmarking and assessing the quality of research in underwater robotics applications. A stereo vision system can in suitable environments such as test tanks or in clear water conditions provide accurate position with low cost and flexible operation. In this work we present a two step extrinsic camera parameter calibration procedure in order to reduce the setup time and provide accurate results. The proposed method uses a planar homography decomposition in order to determine the relative camera poses and the determination of vanishing points of detected lines in the image to obtain the global pose of the stereo rig in the reference frame. This method was applied to our external vision based ground-truth at the INESC TEC/Robotics test tank. Results are presented in comparison with an precise calibration performed using points obtained from an accurate 3D LIDAR modelling of the environment.

Otimização do Funcionamento da ETAR das Termas de S. Vicente, Penafiel

A água é um recurso natural único, escasso e essencial a todos os seres vivos, o que a torna um bem de extrema importância. Nos dias de hoje, o desperdício deste bem, aliado ao aumento da sua procura, tornou-se um problema devido à decrescente disponibilidade de água doce no nosso planeta. Todas as águas que rejeitamos depois da sua utilização para diversos fins, designadas de águas residuais, necessitam de tratamento antes de serem devolvidas ao meio ambiente. O seu tratamento é realizado numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e o processo de tratamento depende das suas características. A ETAR das Termas de S. Vicente, em Penafiel, trabalha no seu limite de capacidade, apresenta uma sobrecarga hidráulica gerada por uma afluência de águas pluviais e o processamento das lamas geradas não permite uma secagem tão completa como seria desejável. Assim, este trabalho teve como objetivo o estudo do funcionamento desta ETAR com a finalidade de propor soluções que o possam otimizar. As soluções propostas para otimizar o funcionamento da ETAR em estudo são: i) a substituição de grades de limpeza manual por grades de limpeza automática de forma a reduzir a necessidade da intervenção do operador ao nível da remoção e condicionamento dos gradados; ii) a construção de um desarenador arejado que além de remover areias de diâmetro superior a 0,2 mm promove também a remoção de gorduras, protegendo desta forma os equipamentos a jusante da abrasão/desgaste prematuros e reduzindo a formação de depósitos nas tubagens; iii) a construção de um tanque de equalização de forma a garantir uma distribuição mais uniforme dos caudais e da carga poluente; iv) a substituição do enchimento do leito percolador por um meio de suporte plástico que permite atingir melhores eficiências de remoção neste tratamento biológico; v) a alteração do agente de desinfeção para radiação ultravioleta, evitando a adição de produtos químicos na água residual e possível formação de subprodutos prejudiciais ao ambiente, como ocorreria no caso da cloragem; e vi) a substituição da desidratação de lamas em leitos de secagem por filtros de banda, que é um processo mais rápido, que ocupa menos espaço e permite atingir elevadas eficiências de remoção de humidade. Para cada uma das sugestões são apresentadas as correspondentes especificações técnicas e dimensionamento. As sugestões de melhoria apresentadas neste trabalho constituem uma alternativa mais económica do que a ampliação da ETAR, que genericamente corresponde à duplicação da linha de tratamento atual. Devido à menor complexidade em termos de construção, estas sugestões podem vir a ser implementadas num futuro próximo, prolongando assim um pouco mais a vida útil da ETAR atual.

Water jet based autonomous surface vehicle for coastal waters operations

This paper presents the design of low cost, small autonomous surface vehicle for missions in the coastal waters and specifically for the challenging surf zone. The main objective of the vehicle design described in this paper is to address both the capability of operation at sea in relative challenging conditions and maintain a very low set of operational requirements (ease of deployment). This vehicle provides a first step towards being able to perform general purpose missions (such as data gathering or patrolling) and to at least in a relatively short distances to be able to be used in rescue operations (with very low handling requirements) such as carrying support to humans on the water. The USV is based on a commercially available fiber glass hull, it uses a directional waterjet powered by an electrical brushless motor for propulsion, thus without any protruding propeller reducing danger in rescue operations. Its small dimensions (1.5 m length) and weight allow versatility and ease of deployment. The vehicle design is described in this paper both from a hardware and software point of view. A characterization of the vehicle in terms of energy consumption and performance is provided both from test tank and operational scenario tests. An example application in search and rescue is also presented and discussed with the integration of this vehicle in the European ICARUS (7th framework) research project addressing the development and integration of robotic tools for large scale search and rescue operations.

Projeto de uma ETAR para a freguesia de Canelas, Penafiel

O tratamento das águas residuais domésticas surge com o intuito de degradar os poluentes presentes, para que as águas residuais tratadas não prejudiquem o ambiente nem a saúde pública. O presente trabalho teve como objetivo a conceção e o dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) na freguesia de Canelas com a finalidade de substituir a já existente e permitir a ampliação da área da rede de saneamento da freguesia. Foram considerados dois tipos de ETAR’s, compacta e convencional, para tratar águas residuais domésticas de aproxidamente 2000 habitantes, com um caudal médio de 400 m3/dia e um caudal de ponta de 1136,7 m3/dia. Das duas opções optou-se pela convencional uma vez que acarreta um menor investimento, no valor de 187 232 €, e se considera também mais adequada às características do efluente a tratar. O tratamento escolhido inclui inicialmente uma gradagem, com uma grade constituída por sete barras com um espaçamento de 20 mm entre elas, seguida de um tamisador rotativo com uma abertura de malha de 3 mm. Depois do tamisador, optou-se por um sistema de desarenação/desengorduramento com um volume do tanque de 3,95 m3 e um fluxo de ar de 17,9 m3/h. Na fase seguinte considerou-se um tratamento biológico por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado num tanque de arejamento de volume igual a 245,8 m3 com um arejador submerso, seguindo-se um decantador secundário de volume 33,3 m3. Por último, escolheu-se um sistema de desinfeção por ultravioleta e, a montante do mesmo, um filtro rápido para eliminar pequenas partículas que o efluente ainda possa conter. Para a desinfeção foram consideradas duas secções com cinco módulos de duas lâmpadas cada, ou seja, vinte lâmpadas ultravioleta. Dos resíduos produzidos pelo tratamento da água residual, os gradados e as areias serão encaminhados para aterro, enquanto que as lamas serão enviadas para a ETAR das Termas de S.Vicente, para que sofram o tratamento adequado e sejam encaminhadas para o destinal final adequado (aplicação em solos agrícolas, compostagem ou em alternativa para aterro). No caso da ETAR covencional foi ainda avaliada a possível reutilização de um decantador da ETAR de Milhundos uma vez que esta se encontrava em fase de desativação. Desta avaliação, concluiu-se que não seria economicamente viável o seu reaproveitamento. Mestrado em Engenharia Química – Tecnologias de Proteção Ambiental Para além disso realizou-se também um levantamento dos principais problemas que ocorrem na maioria das ETAR’s e foram apresentadas as respetivas sugestões de resolução. A realização de um inquérito permititu concluir que os odores são o problema que mais causa incómodo à população.

Otimização do processo de injeção de ZAMAK

A indústria automóvel necessita aumentar a produtividade de forma sistemática, com vista à redução de custos e incremento da competitividade. A otimização dos produtos e processos é uma constante. O presente trabalho foi solicitado pela empresa FicoCables, do Grupo FICOSA, tendo em vista a otimização do processo de injeção de pequenas peças injetadas em ZAMAK, que constituem o bloqueio na extremidade de cada cabo metálico inserido nos automóveis para abertura da mala, portas, travão de mão, reservatório de combustível, capô, etc. A empresa possui cerca de 52 equipamentos de injeção de ZAMAK, cuja temperatura dos bicos era mantida com base numa chama de gás. Os sucessivos problemas de controlo do sistema ditaram uma mudança estratégica no aquecimento desses bicos, passando a ser usadas resistências elétricas anelares. No entanto, esta mudança veio a apresentar problemas inesperados, os quais se vieram inclusivamente a tornar em problemas de segurança, devido ao desgaste interior prematuro dos bicos, os quais apresentaram esmo problema de rotura. Paralelamente, todos os parâmetros relacionados com este processo de fabrico estavam também estudados de forma algo incipiente, pelo que se tornou necessário compreender e dissecar todas as variáveis relacionadas com o processo e implementar sistemas que impedissem o ajuste não controlado dos parâmetros por parte dos operadores. Também os moldes foram alvo de ações de melhoria, com vista a evitar problemas na zona de contacto do bico com o molde. O processo foi analisado em pormenor, permitindo um controlo muito mais apurado do mesmo. Os resultados fizeram sentir-se de forma imediata, graças ao trabalho desenvolvido neste estudo e à abertura demonstrada pela empresa para implementar todas as soluções propostas. O resultado final traduz-se num incremento significativo da segurança para os operadores, num controlo muito mais apurado de todos os parâmetros envolvidos no processo, numa maior garantia da qualidade nos produtos injetados em ZAMAK e em ganhos financeiros significativos para a empresa.

Estudo de problemas de corrosão em cabos de aço zincado

As cablagens metálicas são aplicadas abundantemente na montagem dos automóveis, para accionamento de diversos dispositivos, tais como a abertura de portas, abertura da mala ou da tampa do motor, abertura do tampão do depósito de combustível, accionamento do travão de mão, etc. Nas cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel é comummente utilizado arame entrançado de aço zincado, o qual foi já estudado resistir à agressividade das condições em que habitualmente trabalham. No entanto, para que esta estabilidade de funcionamento exista, torna-se necessário que a qualidade do arame entrançado seja a mais adequada. O presente trabalho surgiu da necessidade de averiguar quais as razões que estariam por detrás do aparecimento de quantidades relativamente abundantes de Óxido de Zinco (ZnO) em cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel, poucas semanas depois do seu fabrico. O estudo foi levado a cabo com vista a satisfazer as necessidades de investigação deste problema por parte de uma empresa de cablagens metálicas instalada no nosso país, a FicoCables, estabelecendo quais as causas-raiz deste problema, com vista a poder evitálo no futuro. O trabalho foi concluído com sucesso, tendo-se averiguado que existiam lacunas graves de limpeza do cabo entre as operações de conformação do arame e de zincagem, com deposição de elementos potenciadores do Óxido de Zinco na interface, os quais viriam a revelar-se cruciais à posteriori, para a nucleação e desenvolvimento do Óxido de Zinco na superfície do cabo.

Estações de tratamento de águas residuais: conceitos e dimensionamento

O presente relatório é o corolário do Estágio Curricular que a autora efetuou, durante o segundo semestre do ano letivo de 2014/2015 na SBS – Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. Nesta empresa a autora foi integrada na equipa técnica que elaborou um Projeto de Execução para uma Estação de Tratamento de Águas Residuais que irá ser construída em Montemor-o-Novo, tendo-lhe sido atribuídas as seguintes tarefas principais: i) estudo de ferramentas de dimensionamento de ETAR; e ii) estudo dos processos de tratamento de águas residuais a instalar. O tratamento de águas residuais não é matéria que conste do atual Plano de Estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP. Este facto, associado à premente necessidade de dar resposta às expectativas da Entidade Acolhedora, obrigou a autora a um esforço de aprendizagem significativo. Nesta fase foi executada uma aprofundada pesquisa bibliográfica que permitiu à autora obter o nível de conhecimentos teóricos necessário para a plena integração na Equipa de Projeto. Já integrada na Equipa de Projeto o primeiro trabalho desenvolvido pela autora foi a análise detalhada do Caderno de Encargos e da respetiva Nota Técnica. Seguidamente a autora participou em todas as fases do Projeto tendo, por isso, colaborado na análise do Estudo Geotécnico, no dimensionamento dos órgãos da ETAR, no cálculo do perfil hidráulico, na definição de formas (plantas e cortes) dos órgãos, na elaboração da Lista de Equipamentos e do Mapa de Quantidades e, por último, na elaboração da Memória Descritiva e Justificativa do Processo de Tratamento e Equipamentos. O Caso Prático incluído no presente documento é, em larga medida, o corolário do processo de aprendizagem de que a autora beneficiou no decorrer do Estágio Curricular. Grande parte das tarefas que a autora executou ao longo da elaboração do projeto relacionaram-se com o dimensionamento dos órgãos da ETAR e com os respetivos cálculos hidráulicos. Os conhecimentos teórico-práticos desta forma adquiridos foram reunidos num conjunto de ferramentas, maioritariamente folhas de cálculo, que se verificou serem úteis nos processos de dimensionamento e de teste de soluções alternativas. É parte integrante deste relatório um capítulo no qual é feita uma detalhada apresentação dos conceitos teóricos subjacentes ao Projeto de ETAR. Este capítulo reflete o estudo que a autora teve necessidade de efetuar antes de se sentir capaz de integrar a Equipa de Projeto.

Development of human central nervous system 3D in vitro models for preclinical research

Neurological disorders are a major concern in modern societies, with increasing prevalence mainly related with the higher life expectancy. Most of the current available therapeutic options can only control and ameliorate the patients’ symptoms, often be-coming refractory over time. Therapeutic breakthroughs and advances have been hampered by the lack of accurate central nervous system (CNS) models. The develop-ment of these models allows the study of the disease onset/progression mechanisms and the preclinical evaluation of novel therapeutics. This has traditionally relied on genetically engineered animal models that often diverge considerably from the human phenotype (developmentally, anatomically and physiologically) and 2D in vitro cell models, which fail to recapitulate the characteristics of the target tissue (cell-cell and cell-matrix interactions, cell polarity). The in vitro recapitulation of CNS phenotypic and functional features requires the implementation of advanced culture strategies that enable to mimic the in vivo struc-tural and molecular complexity. Models based on differentiation of human neural stem cells (hNSC) in 3D cultures have great potential as complementary tools in preclinical research, bridging the gap between human clinical studies and animal models. This thesis aimed at the development of novel human 3D in vitro CNS models by integrat-ing agitation-based culture systems and a wide array of characterization tools. Neural differentiation of hNSC as 3D neurospheres was explored in Chapter 2. Here, it was demonstrated that human midbrain-derived neural progenitor cells from fetal origin (hmNPC) can generate complex tissue-like structures containing functional dopaminergic neurons, as well as astrocytes and oligodendrocytes. Chapter 3 focused on the development of cellular characterization assays for cell aggregates based on light-sheet fluorescence imaging systems, which resulted in increased spatial resolu-tion both for fixed samples or live imaging. The applicability of the developed human 3D cell model for preclinical research was explored in Chapter 4, evaluating the poten-tial of a viral vector candidate for gene therapy. The efficacy and safety of helper-dependent CAV-2 (hd-CAV-2) for gene delivery in human neurons was evaluated, demonstrating increased neuronal tropism, efficient transgene expression and minimal toxicity. The potential of human 3D in vitro CNS models to mimic brain functions was further addressed in Chapter 5. Exploring the use of 13C-labeled substrates and Nucle-ar Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy tools, neural metabolic signatures were evaluated showing lineage-specific metabolic specialization and establishment of neu-ron-astrocytic shuttles upon differentiation. Chapter 6 focused on transferring the knowledge and strategies described in the previous chapters for the implementation of a scalable and robust process for the 3D differentiation of hNSC derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC). Here, software-controlled perfusion stirred-tank bioreactors were used as technological system to sustain cell aggregation and dif-ferentiation. The work developed in this thesis provides practical and versatile new in vitro ap-proaches to model the human brain. Furthermore, the culture strategies described herein can be further extended to other sources of neural phenotypes, including pa-tient-derived hiPSC. The combination of this 3D culture strategy with the implemented characterization methods represents a powerful complementary tool applicable in the drug discovery, toxicology and disease modeling.

Evaluation of exposure biomarkers in offshore workers exposed to low benzene and toluene concentrations.

Characterize ethylbenzene and xylene air concentrations, and explore the biological exposure markers (urinary t,t-muconic acid (t,t-MA) and unmetabolized toluene) among petroleum workers offshore. Offshore workers have increased health risks due to simultaneous exposures to several hydrocarbons present in crude oil. We discuss the pooled benzene exposure results from our previous and current studies and possible co-exposure interactions. BTEX air concentrations were measured during three consecutive 12-h work shifts among 10 tank workers, 15 process operators, and 18 controls. Biological samples were collected pre-shift on the first day of study and post-shift on the third day of the study. The geometric mean exposure over the three work shifts were 0.02 ppm benzene, 0.05 ppm toluene, 0.03 ppm ethylbenzene, and 0.06 ppm xylene. Benzene in air was significantly correlated with unmetabolized benzene in blood (r = 0.69, p < 0.001) and urine (r = 0.64, p < 0.001), but not with urinary t,t-MA (r = 0.27, p = 0.20). Toluene in air was highly correlated with the internal dose of toluene in both blood (r = 0.70, p < 0.001) and urine (r = 0.73, p < 0.001). Co-exposures were present; however, an interaction of metabolism was not likely at these low benzene and toluene exposures. Urinary benzene, but not t,t-MA, was a reliable biomarker for benzene at low exposure levels. Urinary toluene was a useful biomarker for toluene exposure. Xylene and ethylbenzene air levels were low. Dermal exposure assessment needs to be performed in future studies among these workers.

Effects of reflection and social isolation on crayfish behaviour /

Visual stimuli and socialization influence exploratory behaviour in crayfish. The predominant components of spontaneous exploratory behaviour were determined by observing the activity of solitary adult crayfish (Procambarus clarkii) in a glass aquarium containing fresh water and no objects. Five distinct behaviours were observed: rearing up (climbing on the wall), turning around, cornering (facing the comer), backward walking, and crossing (crossing the midline of the aquarium). The frequency of rearing up, cornering and turning around decreased when reflection from the glass wall was blocked with black cardboard, black paint or non-reflective transparent plastic. In a tank containing mirrors on one side and non-reflective plastic on the other, crayfish cornered, reared up, and turned around more in front of the mirrors. Socialization was necessary for crayfish to respond to the reflection. Crayfish that were housed in pairs for two weeks exhibited more rearing up, turning around and cornering in front of the mirrors than in the non-reflective side. Crayfish isolated for two weeks did not show these differences. Socialized crayfish also exhibited more rearing up, turning around and cornering than did isolated crayfish. Thus, crayfish respond to visual stimuli provided by a glass tank, but the responds depends on socialization.

Responses of crayfish to a reflective environment /

This thesis examines how dominance status of crayfish alters responses to their own reflection. Crayfish are social animals that fight to develop a dominance hierarchy consisting of dominant and subordinate members. After socialization, crayfish were videotaped in an aquarium with mirrors on one half of the tank and a non-reflective plastic on the other half. Dominants paired for 14 days perform more cornering, turning, crossing and spent more time in a reflective environment versus a non-reflective environment. Subordinate crayfish exhibit more reverse walking in a mirrored environment while isolated crayfish show no preference for reflection. This change in behaviour occurs immediately for dominants paired for 30 min while subordinates require 3 days of pairing to exhibit the same behaviour as subordinate crayfish paired for 14 days. Thus, 30 min of pairing is required to enhance responses to a reflection observed in dominant crayfish while 3 days is required to decrease subordinate responses to a reflection. These findings propose that male socialized crayfish respond to their mirror image as they do a male conspecific. Their responses depend on both their dominance status and the length of socialization which suggests that crayfish are learning to behave in a characteristic manner as a result of their social experience.

Second Welland Canal - Book 1, Survey Map 2 - Lock 1 and Port Dalhousie

Survey map of the Second Welland Canal created by the Welland Canal Company showing the areas in and around Port Dalhousie and Grantham Township. Identified structures associated with the Canal include Lock 1, East and West Piers, Collector's Office, Lock Tender's House and the new towing path. The surveyors' measurements and notes can be seen in red and black ink and pencil. Local area landmarks and businesses are also identified and include streets and roads (ex. Road to St. Catharines, Side Line, Old Road to Port Dalhousie, Road to Niagara), the Welland Railway and its structures (ex. freight sheds, wood shed, raised platform, elevator, cranes, water tank, turn table, and passenger station), G. A. Clark's Wood Yard, Clark's Wood Office, Alex Muir's Dry Dock, Donald, Andrews and Ross' Dry Dock, RandJ Laurie Flouring Mill, R. Laurie and Company Grist Mill and A. Morrison Saw Mill. A New Road to St. Catharines is featured in red ink. Properties and property owners of note are: Concession 1 Lots 19, 20 and 21, John Christie, and John Clark.

Second Welland Canal - Book 2, Survey Map 4 - Locks 11, 12, 13, 14 and 15 in Grantham

Survey map of the Second Welland Canal created by the Welland Canal Company showing the Grantham Township along the outskirts of Merritton. Identified structures associated with the Canal include Locks 11, 12, 13, 14, and 15, Lock House Lot, and the towing path. The surveyors' measurements and notes can be seen in red and black ink and pencil. Several stones likely used in the measurements are identified on the map. Local area landmarks are also identified and include streets and roads(ex. Hartzel Road and Macadamized Road), the Great Western Railroad, Swing Bridge, Thorold Station and its structures (ex. freight house, office, water tank, and wood house), Gordon and Mackay Houses, Gordon and Mackay's Cotton Mill, hydraulic race, a wharf, pond, and an unnamed bridge. Properties and property owners of note are: Concession 9 Lots 12 and 13, A. Bradley, John O'Coner, G. Grant, J. Bradley, J. Vanderburgh, O. Clifford and a parcel of land leased Gordon and Mackay.

Second Welland Canal - Book 3, Survey Map 20 - Village of Port Colborne

Survey map of the Second Welland Canal created by the Welland Canal Company showing the areas in and around Port Colborne and Grantham Township. Identified structures associated with the Canal include Basin, Guard Lock, Two Lock Tender Houses, Lock House Lot, Collectors Office House, Towing Path, North and South Back Ditches, and land reserved for future improvemnt of basin. Surveyor measurements and notes can be seen in red and black ink as well as pencil. Local area landmarks dentified include Bridge, Rail Road Swing Bridge, Spoil Bank, Water Tank, Frazer Street Railway Station, Buffalo and Lake Huron Rail Road, Welland Rail Road, and land reserved for "Gardens for Lock Tenders". Local businesses identified include A.K Scholfield Store House Lot and Wharf, two stores and a tavern. Roads running parallel to Canal include King St., "present Travel Road", and the Southern Road Allowance. Roads running perpendicular to Canal include Kent St., Charlotte St., Clarence St., Princess St., Elgin St., George St., Frazer St., Alma St., Eastern Road Allowance. Properties and property owners are also identified and include P. White, John Flynn, George McMicking, Charles Carter, William H. Merritt, A.K. Scholfield, F. Gallgher, Ed McCabe, M. Smith, E. Lawder, J. Hanley, J. Harris, P. Gibbons, M. McGoveran, M. Madden, J. Hardison, T. Nihan, D. Gibbons, J. Cross, William Mellanby, Elis Gordon, Jane McCardy, L.G. Carter, T. Greenwood, C. Armstrong, J. McGillivray, T. Schofield, Mrs. Lanue, D. Mc_______, K. Minor, J. Manly and John McRae.