Sensoriamento automático e participativo em cidades.

As cidades estão a seu tempo e a seu modo, modernizando os serviços prestados à população. Entre os diversos fatores que estão contribuindo para esta evolução estão a diversificação e proliferação de sensores, nos diversos domínios de serviços das cidades, e os novos canais de comunicação com os munícipes, entre eles, as redes sociais e mais recentemente os sistemas crowdsensing, motivados pelos anseios sociais, por melhores serviços públicos e pela popularização dos dispositivos móveis. Nesta direção, a eficiência administrativa é um fator essencial, uma vez que as cidades estão se mostrando mais complexas na medida em que cresce a população nas áreas urbanas. A utilização de técnicas de sistemas distribuídos para que múltiplos domínios de serviços usufruam da mesma infraestrutura computacional, pode auxiliar na eficiência das cidades, evitando gastos administrativos duplicados e até mesmo, possibilitando a correlação de eventos entre os serviços, favorecendo a identificação de fatores de causalidades e assim, a tomada de decisões administrativas mais objetivas e precisas. Neste contexto, este trabalho concentra-se na análise de um middleware direcionado à gestão de cidades para coleta, integração e interpretação dos dados de sensores, pertencentes aos serviços disponíveis da própria cidade, junto com os dados do sensoriamento colaborado pelos cidadãos. Para avaliação do conceito foi investigado o cenário de monitoração da conservação de vias públicas. Após 3 meses de coletas de dados por um sistema de sensoriamento automático, totalizando mais de 360 mil pontos e também mais de 90 relatórios pelo sensoriamento participativo, verificou-se que um sistema distribuído pode realizar a interpretação de séries históricas, engajar os munícipes apoiar a manutenção dos serviços da cidade e também indicar objetivamente aos gestores públicos os pontos que devem ser prioritariamente atendidos. Aliar ferramentas pelas quais o cidadão pode, de acordo com sua necessidade, convicção e altruísmo, exercer influência nos gestores públicos com o suporte de informação contínua e critérios objetivos das redes de sensores, pode estimular a continua excelência dos serviços públicos.

A Computational Architecture Based on RFID Sensors for Traceability in Smart Cities

Information Technology and Communications (ICT) is presented as the main element in order to achieve more efficient and sustainable city resource management, while making sure that the needs of the citizens to improve their quality of life are satisfied. A key element will be the creation of new systems that allow the acquisition of context information, automatically and transparently, in order to provide it to decision support systems. In this paper, we present a novel distributed system for obtaining, representing and providing the flow and movement of people in densely populated geographical areas. In order to accomplish these tasks, we propose the design of a smart sensor network based on RFID communication technologies, reliability patterns and integration techniques. Contrary to other proposals, this system represents a comprehensive solution that permits the acquisition of user information in a transparent and reliable way in a non-controlled and heterogeneous environment. This knowledge will be useful in moving towards the design of smart cities in which decision support on transport strategies, business evaluation or initiatives in the tourism sector will be supported by real relevant information. As a final result, a case study will be presented which will allow the validation of the proposal.

Impianto di trigenerazione e attestato di qualificazione energetica

Gli obiettivi di questa tesi sono: - Approfondire gli aspetti normativi contenuti nella normativa UNI TS 11300; - Redigere gli attestati di qualificazione energetica di due edifici universitari in costruzione in zona Navile (Facoltà di chimica ed astronomia) utilizzando il software MC4; - Analizzare i dati della centrale di trigenerazione del comprensorio fieristico-direzionale di Bologna; - Approfondire gli aspetti della Bioedilizia e del risparmio energetico.

Sviluppo e Applicazione di Metodologie per l'Ottimizzazione di Sistemi Energetici

La riduzione dei consumi di combustibili fossili e lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico sono una questione di centrale importanza sia per l’industria che per la ricerca, a causa dei drastici effetti che le emissioni di inquinanti antropogenici stanno avendo sull’ambiente. Mentre un crescente numero di normative e regolamenti vengono emessi per far fronte a questi problemi, la necessità di sviluppare tecnologie a basse emissioni sta guidando la ricerca in numerosi settori industriali. Nonostante la realizzazione di fonti energetiche rinnovabili sia vista come la soluzione più promettente nel lungo periodo, un’efficace e completa integrazione di tali tecnologie risulta ad oggi impraticabile, a causa sia di vincoli tecnici che della vastità della quota di energia prodotta, attualmente soddisfatta da fonti fossili, che le tecnologie alternative dovrebbero andare a coprire. L’ottimizzazione della produzione e della gestione energetica d’altra parte, associata allo sviluppo di tecnologie per la riduzione dei consumi energetici, rappresenta una soluzione adeguata al problema, che può al contempo essere integrata all’interno di orizzonti temporali più brevi. L’obiettivo della presente tesi è quello di investigare, sviluppare ed applicare un insieme di strumenti numerici per ottimizzare la progettazione e la gestione di processi energetici che possa essere usato per ottenere una riduzione dei consumi di combustibile ed un’ottimizzazione dell’efficienza energetica. La metodologia sviluppata si appoggia su un approccio basato sulla modellazione numerica dei sistemi, che sfrutta le capacità predittive, derivanti da una rappresentazione matematica dei processi, per sviluppare delle strategie di ottimizzazione degli stessi, a fronte di condizioni di impiego realistiche. Nello sviluppo di queste procedure, particolare enfasi viene data alla necessità di derivare delle corrette strategie di gestione, che tengano conto delle dinamiche degli impianti analizzati, per poter ottenere le migliori prestazioni durante l’effettiva fase operativa. Durante lo sviluppo della tesi il problema dell’ottimizzazione energetica è stato affrontato in riferimento a tre diverse applicazioni tecnologiche. Nella prima di queste è stato considerato un impianto multi-fonte per la soddisfazione della domanda energetica di un edificio ad uso commerciale. Poiché tale sistema utilizza una serie di molteplici tecnologie per la produzione dell’energia termica ed elettrica richiesta dalle utenze, è necessario identificare la corretta strategia di ripartizione dei carichi, in grado di garantire la massima efficienza energetica dell’impianto. Basandosi su un modello semplificato dell’impianto, il problema è stato risolto applicando un algoritmo di Programmazione Dinamica deterministico, e i risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dall’adozione di una più semplice strategia a regole, provando in tal modo i vantaggi connessi all’adozione di una strategia di controllo ottimale. Nella seconda applicazione è stata investigata la progettazione di una soluzione ibrida per il recupero energetico da uno scavatore idraulico. Poiché diversi layout tecnologici per implementare questa soluzione possono essere concepiti e l’introduzione di componenti aggiuntivi necessita di un corretto dimensionamento, è necessario lo sviluppo di una metodologia che permetta di valutare le massime prestazioni ottenibili da ognuna di tali soluzioni alternative. Il confronto fra i diversi layout è stato perciò condotto sulla base delle prestazioni energetiche del macchinario durante un ciclo di scavo standardizzato, stimate grazie all’ausilio di un dettagliato modello dell’impianto. Poiché l’aggiunta di dispositivi per il recupero energetico introduce gradi di libertà addizionali nel sistema, è stato inoltre necessario determinare la strategia di controllo ottimale dei medesimi, al fine di poter valutare le massime prestazioni ottenibili da ciascun layout. Tale problema è stato di nuovo risolto grazie all’ausilio di un algoritmo di Programmazione Dinamica, che sfrutta un modello semplificato del sistema, ideato per lo scopo. Una volta che le prestazioni ottimali per ogni soluzione progettuale sono state determinate, è stato possibile effettuare un equo confronto fra le diverse alternative. Nella terza ed ultima applicazione è stato analizzato un impianto a ciclo Rankine organico (ORC) per il recupero di cascami termici dai gas di scarico di autovetture. Nonostante gli impianti ORC siano potenzialmente in grado di produrre rilevanti incrementi nel risparmio di combustibile di un veicolo, è necessario per il loro corretto funzionamento lo sviluppo di complesse strategie di controllo, che siano in grado di far fronte alla variabilità della fonte di calore per il processo; inoltre, contemporaneamente alla massimizzazione dei risparmi di combustibile, il sistema deve essere mantenuto in condizioni di funzionamento sicure. Per far fronte al problema, un robusto ed efficace modello dell’impianto è stato realizzato, basandosi sulla Moving Boundary Methodology, per la simulazione delle dinamiche di cambio di fase del fluido organico e la stima delle prestazioni dell’impianto. Tale modello è stato in seguito utilizzato per progettare un controllore predittivo (MPC) in grado di stimare i parametri di controllo ottimali per la gestione del sistema durante il funzionamento transitorio. Per la soluzione del corrispondente problema di ottimizzazione dinamica non lineare, un algoritmo basato sulla Particle Swarm Optimization è stato sviluppato. I risultati ottenuti con l’adozione di tale controllore sono stati confrontati con quelli ottenibili da un classico controllore proporzionale integrale (PI), mostrando nuovamente i vantaggi, da un punto di vista energetico, derivanti dall’adozione di una strategia di controllo ottima.

Low-cost interrogation of optical fibre Bragg grating sensors

Through the application of novel signal processing techniques we are able to measure physical measurands with both high accuracy and low noise susceptibility. The first interrogation scheme is based upon a CCD spectrometer. We compare different algorithms for resolving the Bragg wavelength from a low resolution discrete representation of the reflected spectrum, and present optimal processing methods for providing a high integrity measurement from the reflection image. Our second sensing scheme uses a novel network of sensors to measure the distributive strain response of a mechanical system. Using neural network processing methods we demonstrate the measurement capabilities of a scalable low-cost fibre Bragg grating sensor network. This network has been shown to be comparable with the performance of existing fibre Bragg grating sensing techniques, at a greatly reduced implementation cost.

Recent advances in fibre grating devices and their sensing applications

Over the last twenty years, we have been continuously seeing R&D efforts and activities in developing optical fibre grating devices and technologies and exploring their applications for telecommunications, optical signal processing and smart sensing, and recently for medical care and biophotonics. In addition, we have also witnessed successful commercialisation of these R&Ds, especially in the area of fibre Bragg grating (FBG) based distributed sensor network systems and technologies for engineering structure monitoring in industrial sectors such as oil, energy and civil engineering. Despite countless published reports and papers and commercial realisation, we are still seeing significant and novel research activities in this area. This invited paper will give an overview on recent advances in fibre grating devices and their sensing applications with a focus on novel fibre gratings and their functions and grating structures in speciality fibres. The most recent developments in (i) femtosecond inscription for microfluidic/grating devices, (2) tilted grating based novel polarisation devices and (3) dual-peak long-period grating based DNA hybridisation sensors will be discussed.

How the web of things challenges requirements engineering

As a subset of the Internet of Things (IoT), the Web of Things (WoT) shares many characteristics with wireless sensor and actuator networks (WSANs) and ubiquitous computing systems (Ubicomp). Yet to a far greater degree than the IoT, WSANs or Ubicomp, the WoT will integrate physical and information objects, necessitating a means to model and reason about a range of context types that have hitherto received little or no attention from the RE community. RE practice is only now developing the means to support WSANs and Ubicomp system development, including faltering first steps in the representation of context. We argue that these techniques will need to be developed further, with a particular focus on rich context types, if RE is to support WoT application development. © 2012 Springer-Verlag.

Recent advances in fibre grating devices and their sensing applications

Over the last twenty years, we have been continuously seeing R&D efforts and activities in developing optical fibre grating devices and technologies and exploring their applications for telecommunications, optical signal processing and smart sensing, and recently for medical care and biophotonics. In addition, we have also witnessed successful commercialisation of these R&Ds, especially in the area of fibre Bragg grating (FBG) based distributed sensor network systems and technologies for engineering structure monitoring in industrial sectors such as oil, energy and civil engineering. Despite countless published reports and papers and commercial realisation, we are still seeing significant and novel research activities in this area. This invited paper will give an overview on recent advances in fibre grating devices and their sensing applications with a focus on novel fibre gratings and their functions and grating structures in speciality fibres. The most recent developments in (i) femtosecond inscription for microfluidic/grating devices, (2) tilted grating based novel polarisation devices and (3) dual-peak long-period grating based DNA hybridisation sensors will be discussed.

The application of a long period grating array for respiratory function monitoring

In this paper, multiplexed sensor network capable of monitoring the shape changes of the torso for respiratory function monitoring is developed. As a demonstration, LPGs written into refractive index insensitive, progressive three layered fibre are embedded into supporting material is then placed on a resuscitation training manikin simulating respiration. A derivative spectroscopy interrogation technique is implemented and the bend sensitivity of the LPGs is used to reconstruct the shape of the manikin's torso. © 2003 IEEE.

Message from the UCAWSN 2014 program Chairs

Published in the Front Matter

System-on-a-Chip (SOC) based environmental monitoring platform for the detection of hazardous materials

The purpose of this research is design considerations for environmental monitoring platforms for the detection of hazardous materials using System-on-a-Chip (SoC) design. Design considerations focus on improving key areas such as: (1) sampling methodology; (2) context awareness; and (3) sensor placement. These design considerations for environmental monitoring platforms using wireless sensor networks (WSN) is applied to the detection of methylmercury (MeHg) and environmental parameters affecting its formation (methylation) and deformation (demethylation). ^ The sampling methodology investigates a proof-of-concept for the monitoring of MeHg using three primary components: (1) chemical derivatization; (2) preconcentration using the purge-and-trap (P&T) method; and (3) sensing using Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensors. This study focuses on the measurement of inorganic mercury (Hg) (e.g., Hg2+) and applies lessons learned to organic Hg (e.g., MeHg) detection. ^ Context awareness of a WSN and sampling strategies is enhanced by using spatial analysis techniques, namely geostatistical analysis (i.e., classical variography and ordinary point kriging), to help predict the phenomena of interest in unmonitored locations (i.e., locations without sensors). This aids in making more informed decisions on control of the WSN (e.g., communications strategy, power management, resource allocation, sampling rate and strategy, etc.). This methodology improves the precision of controllability by adding potentially significant information of unmonitored locations.^ There are two types of sensors that are investigated in this study for near-optimal placement in a WSN: (1) environmental (e.g., humidity, moisture, temperature, etc.) and (2) visual (e.g., camera) sensors. The near-optimal placement of environmental sensors is found utilizing a strategy which minimizes the variance of spatial analysis based on randomly chosen points representing the sensor locations. Spatial analysis is employed using geostatistical analysis and optimization occurs with Monte Carlo analysis. Visual sensor placement is accomplished for omnidirectional cameras operating in a WSN using an optimal placement metric (OPM) which is calculated for each grid point based on line-of-site (LOS) in a defined number of directions where known obstacles are taken into consideration. Optimal areas of camera placement are determined based on areas generating the largest OPMs. Statistical analysis is examined by using Monte Carlo analysis with varying number of obstacles and cameras in a defined space. ^

Derivation of lake mixing and stratification indices from high-resolution lake buoy data

Lake Analyzer is a numerical code coupled with supporting visualization tools for determining indices of mixing and stratification that are critical to the biogeochemical cycles of lakes and reservoirs. Stability indices, including Lake Number, Wedderburn Number, Schmidt Stability, and thermocline depth are calculated according to established literature definitions and returned to the user in a time series format. The program was created for the analysis of high-frequency data collected from instrumented lake buoys, in support of the emerging field of aquatic sensor network science. Available outputs for the Lake Analyzer program are: water temperature (error-checked and/or down-sampled), wind speed (error-checked and/or down-sampled), metalimnion extent (top and bottom), thermocline depth, friction velocity, Lake Number, Wedderburn Number, Schmidt Stability, mode-1 vertical seiche period, and Brunt-Väisälä buoyancy frequency. Secondary outputs for several of these indices delineate the parent thermocline depth (seasonal thermocline) from the shallower secondary or diurnal thermocline. Lake Analyzer provides a program suite and best practices for the comparison of mixing and stratification indices in lakes across gradients of climate, hydro-physiography, and time, and enables a more detailed understanding of the resulting biogeochemical transformations at different spatial and temporal scales.

Spazi per un'educazione innovativa La pedagogia di Gianfranco Zavalloni in un nuovo progetto per la scuola elementare "Panoramica" a Riccione

Studiare il rapporto tra pedagogia ed architettura per ridisegnare la scuola Panoramica a Riccione. I principi guida di Gianfranco Zavalloni, educatore cesenate, maestro di scuola materna e dirigente scolastico, autore de “La pedagogia della lumaca, sono la base su cui fonda il progetto. Natura, lavoro manuale e gioco sono le parole chiavi, nonchè i punti cardini delle teorie del cesenate. L'applicazione di questi concetti uniti a uno studio sui legami di tipo pubblico e privato che si innescano all'interno di un edificio scolastico sono l'ossatura portante del progetto. Il risultato è un edificio innovativo, a diretto contatto con la natura e attento ai principi di sostenibilità e di risparmio energetico.

Sustainability and Community Networks

Community networks are IP-based computer networks that are operated by a community as a common good. In Europe, the most well-known community networks are Guifi in Catalonia, Freifunk in Berlin, Ninux in Italy, Funkfeuer in Vienna and the Athens Wireless Metropolitan Network in Greece. This paper deals with community networks as alternative forms of Internet access and alternative infrastructures and asks: What does sustainability and unsustainability mean in the context of community networks? What advantages do such networks have over conventional forms of Internet access and infrastructure provided by large telecommunications corporations? In addition what disadvantages do they face at the same time? This article provides a framework for thinking dialectically about the un/sustainability of community networks. It provides a framework of practical questions that can be asked when assessing power structures in the context of Internet infrastructures and access. It presents an overview of environmental, economic, political and cultural contradictions that community networks may face as well as a typology of questions that can be asked in order to identify such contradictions.

Secrecy Capacity Analysis Over κ–μ Fading Channels: Theory and Applications

In this paper, we consider the transmission of confidential information over a κ-μ fading channel in the presence of an eavesdropper who also experiences κ-μ fading. In particular, we obtain novel analytical solutions for the probability of strictly positive secrecy capacity (SPSC) and a lower bound of secure outage probability (SOPL) for independent and non-identically distributed channel coefficients without parameter constraints. We also provide a closed-form expression for the probability of SPSC when the μ parameter is assumed to take positive integer values. Monte-Carlo simulations are performed to verify the derived results. The versatility of the κ-μ fading model means that the results presented in this paper can be used to determine the probability of SPSC and SOPL for a large number of other fading scenarios, such as Rayleigh, Rice (Nakagamin), Nakagami-m, One-Sided Gaussian, and mixtures of these common fading models. In addition, due to the duality of the analysis of secrecy capacity and co-channel interference (CCI), the results presented here will have immediate applicability in the analysis of outage probability in wireless systems affected by CCI and background noise (BN). To demonstrate the efficacy of the novel formulations proposed here, we use the derived equations to provide a useful insight into the probability of SPSC and SOPL for a range of emerging wireless applications, such as cellular device-to-device, peer-to-peer, vehicle-to-vehicle, and body centric communications using data obtained from real channel measurements.