Misure sperimentali per il monitoraggio e la sorveglianza di aree e strutture mediante reti di sensori wireless

Studio e realizzazione di una rete Wireless Sensor Network per il monitoraggio ambientale di area archeologica. Trasmissione dati raccolti su server tcp. Misure sperimentali su rete di sensori radar UWB per la localizzazione di un target in ambiente indoor

Sviluppo di algoritmi di localizzazione per reti di sensori ad ultrasuoni

Studio di un nuovo algoritmo di localizzazione per rete di sensori ad ultrasuoni e sviluppo di un simulatore di propagazione di onda sonora.

Characterization of a dual-energy X-ray absorptiometry system for soft tissues assessment and their correlations with metabolic state

Il crescente utilizzo di sistemi di analisi high-throughput per lo studio dello stato fisiologico e metabolico del corpo, ha evidenziato che una corretta alimentazione e una buona forma fisica siano fattori chiave per la salute. L'aumento dell'età media della popolazione evidenzia l'importanza delle strategie di contrasto delle patologie legate all'invecchiamento. Una dieta sana è il primo mezzo di prevenzione per molte patologie, pertanto capire come il cibo influisce sul corpo umano è di fondamentale importanza. In questo lavoro di tesi abbiamo affrontato la caratterizzazione dei sistemi di imaging radiografico Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA). Dopo aver stabilito una metodologia adatta per l'elaborazione di dati DXA su un gruppo di soggetti sani non obesi, la PCA ha evidenziato alcune proprietà emergenti dall'interpretazione delle componenti principali in termini delle variabili di composizione corporea restituite dalla DXA. Le prime componenti sono associabili ad indici macroscopici di descrizione corporea (come BMI e WHR). Queste componenti sono sorprendentemente stabili al variare dello status dei soggetti in età, sesso e nazionalità. Dati di analisi metabolica, ottenuti tramite Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) su campioni di urina, sono disponibili per circa mille anziani (provenienti da cinque paesi europei) di età compresa tra i 65 ed i 79 anni, non affetti da patologie gravi. I dati di composizione corporea sono altresì presenti per questi soggetti. L'algoritmo di Non-negative Matrix Factorization (NMF) è stato utilizzato per esprimere gli spettri MRS come combinazione di fattori di base interpretabili come singoli metaboliti. I fattori trovati sono stabili, quindi spettri metabolici di soggetti sono composti dallo stesso pattern di metaboliti indipendentemente dalla nazionalità. Attraverso un'analisi a singolo cieco sono stati trovati alti valori di correlazione tra le variabili di composizione corporea e lo stato metabolico dei soggetti. Ciò suggerisce la possibilità di derivare la composizione corporea dei soggetti a partire dal loro stato metabolico.

Studio, Realizzazione e Simulazione di SaveMe, un'applicazione Android per il Disaster Recovery

Quando avvengono disastri naturali, spesso la copertura dati viene a mancare e le infrastutture o sono danneggiate o sono sovraccariche; in questo modo è difficile comunicare sia da parte delle persone che hanno bisogno di aiuto, sia da parte dei soccorritori che cercano di organizzare i soccorsi. Con questa tesi si è voluto realizzare un'applicazione Android che permetta agli utenti di segnalare il proprio bisogno di aiuto, anche se il device non ha una connessione internet attiva. L'applicazione, sfruttando il Wi-Fi e il Wi-Fi Direct, cercherà di formare una rete di dispositivi, attraverso la quale i messaggi di aiuto degli utenti verranno scambiati tra i device. Questa rete, man mano, si allargherà fino ad arrivare ad includere device che avranno una connessione dati attiva. Questi comunicheranno con il mio server, al quale manderanno tutti i messaggi che gli sono arrivati. I dati del server, ossia i messaggi che sono stati mandati dagli utenti, verranno mostrati sul sito ltw1528.web.cs.unibo.it. Attraverso questo sito, i soccorritori potranno vedere la posizione degli utenti in stato di bisogno, cosicché potranno mandarli un messaggio di soccorso, che si propagherà nella rete formatasi in precedenza, ed organizzare i soccorsi in maniera ottimale. Si è anche voluto fare uno studio simulativo per testare la scalabilità dell'applicazione e per raccogliere dati statistici, quali il delay medio tra l'arrivo del messaggio al device con connessione dati e il tempo in cui è stato creato, l'influenza sulla batteria del numero dei messaggi scambiati e il numero degli host, il delay tra il tempo di invio e il tempo di arrivo nello scambio di messaggi al variare del numero degli host.

Implementazione di una infrastruttura basata su Kafka e Storm per il Mobile Cloud computing

Lo scopo dell'elaborato di tesi è l'analisi, progettazione e sviluppo di un prototipo di una infrastruttura cloud in grado di gestire un grande flusso di eventi generati da dispositivi mobili. Questi utilizzano informazioni come la posizione assunta e il valore dei sensori locali di cui possono essere equipaggiati al fine di realizzare il proprio funzionamento. Le informazioni così ottenute vengono trasmesse in modo da ottenere una rete di device in grado di acquisire autonomamente informazioni sull'ambiente ed auto-organizzarsi. La costruzione di tale struttura si colloca in un più ampio ambito di ricerca che punta a integrare metodi per la comunicazione ravvicinata con il cloud al fine di permettere la comunicazione tra dispositivi vicini in qualsiasi situazione che si potrebbe presentare in una situazione reale. A definire le specifiche della infrastruttura e quindi a impersonare il ruolo di committente è stato il relatore, Prof. Mirko Viroli, mentre lo sviluppo è stato portato avanti da me e dal correlatore, Ing. Pietro Brunetti. Visti gli studi precedenti riguardanti il cloud computing nell'area dei sistemi complessi distribuiti, Brunetti ha dato il maggiore contributo nella fase di analisi del problema e di progettazione mentre la parte riguardante la effettiva gestione degli eventi, le computazioni in cloud e lo storage dei dati è stata maggiormente affrontata da me. In particolare mi sono occupato dello studio e della implementazione del backend computazionale, basato sulla tecnologia Apache Storm, della componente di storage dei dati, basata su Neo4j, e della costruzione di un pannello di visualizzazione basato su AJAX e Linkurious. A questo va aggiunto lo studio su Apache Kafka, utilizzato come tecnologia per realizzare la comunicazione asincrona ad alte performance tra le componenti. Si è reso necessario costruire un simulatore al fine di condurre i test per verificare il funzionamento della infrastruttura prototipale e per saggiarne l'effettiva scalabilità, considerato il potenziale numero di dispositivi da sostenere che può andare dalle decine alle migliaia. La sfida più importante riguarda la gestione della vicinanza tra dispositivi e la possibilità di scalare la computazione su più macchine. Per questo motivo è stato necessario far uso di tecnologie per l'esecuzione delle operazioni di memorizzazione, calcolo e trasmissione dei dati in grado di essere eseguite su un cluster e garantire una accettabile fault-tolerancy. Da questo punto di vista i lavori che hanno portato alla costruzione della infrastruttura sono risultati essere un'ottima occasione per prendere familiarità con tecnologie prima sconosciute. Quasi tutte le tecnologie utilizzate fanno parte dell'ecosistema Apache e, come esposto all'interno della tesi, stanno ricevendo una grande attenzione da importanti realtà proprio in questo periodo, specialmente Apache Storm e Kafka. Il software prodotto per la costruzione della infrastruttura è completamente sviluppato in Java a cui si aggiunge la componente web di visualizzazione sviluppata in Javascript.

Evoluzione della qualità delle carni avicole durante la conservazione refrigerata

Lo studio ha lo scopo di valutare e confrontare l'efficienza del packaging in “LID” con atmosfera modificata a confronto con il confezionamento più tradizionale in “stretch” con atmosfera ordinaria, sulla shelf-life di diversi prodotti avicoli quali petti e sovracosce di pollo e fese di tacchino. A tal fine sui prodotti diversamente confezionati sono state valutate le variazioni di alcuni parametri qualitativi analizzando e confrontando alcuni aspetti tecnologici (pH, colore, texture, capacità di ritenzione idrica) durante un periodo di stoccaggio di 15 giorni in diverse condizioni di refrigerazione: durante i primi 3 giorni a 0-2°C, dal terzo al quindicesimo giorno a 6-8°C, al fine di simulare condizioni di abuso termico ed accelerare i fenomeni di deterioramento.

Mission synthesis of sine-on-random excitations for accelerated vibration qualification testing

In most real-life environments, mechanical or electronic components are subjected to vibrations. Some of these components may have to pass qualification tests to verify that they can withstand the fatigue damage they will encounter during their operational life. In order to conduct a reliable test, the environmental excitations can be taken as a reference to synthesize the test profile: this procedure is referred to as “test tailoring”. Due to cost and feasibility reasons, accelerated qualification tests are usually performed. In this case, the duration of the original excitation which acts on the component for its entire life-cycle, typically hundreds or thousands of hours, is reduced. In particular, the “Mission Synthesis” procedure lets to quantify the induced damage of the environmental vibration through two functions: the Fatigue Damage Spectrum (FDS) quantifies the fatigue damage, while the Maximum Response Spectrum (MRS) quantifies the maximum stress. Then, a new random Power Spectral Density (PSD) can be synthesized, with same amount of induced damage, but a specified duration in order to conduct accelerated tests. In this work, the Mission Synthesis procedure is applied in the case of so-called Sine-on-Random vibrations, i.e. excitations composed of random vibrations superimposed on deterministic contributions, in the form of sine tones typically due to some rotating parts of the system (e.g. helicopters, engine-mounted components, …). In fact, a proper test tailoring should not only preserve the accumulated fatigue damage, but also the “nature” of the excitation (in this case the sinusoidal components superimposed on the random process) in order to obtain reliable results. The classic time-domain approach is taken as a reference for the comparison of different methods for the FDS calculation in presence of Sine-on-Random vibrations. Then, a methodology to compute a Sine-on-Random specification based on a mission FDS is presented.

Musealizzazione della citta romana di Suasa. Archeologia del paesaggio e archeologia urbana

Il percorso progettuale intrapreso ci ha permesso di confrontarci con un’analisi del territorio e della storia romana, che ne ha influenzato l’evoluzione. Considerando tutti i frammenti come parte di un sistema più grande dove non è possibile comprenderne uno se non attraverso gli altri, si è deciso di valorizzare con una strategia diversa con criteri ben precisi. Così viene ristabilita la rete di connessioni e relazioni che secondo noi più aiutano nella comprensione del sito e della sua storia, cercando di integrare nel contesto la varietà di sistemi archeologici, storici e culturali che caratterizzano il sito. I resti della città romana vengono trattati con approcci diversi, a seconda del grado di conoscenza e di esperienza che possiamo avere di ogni reperto. Per le tracce meno evidenti sono stati usati interventi più leggeri, reversibili, mentre per le rovine di cui abbiamo maggiori informazioni, sono stati proposti interventi più strutturati, che accompagnino il visitatore nella loro scoperta e comprensione. Le tracce di cui non si hanno molte informazioni, sono state trattate con segni molto più leggeri e reversibili, usando una strategia di lining out che comporti l’impiego di essenze, scelte in base ad associazioni con quello che vanno a simboleggiare. Per le emergenze archeologiche evidenti, è stato pensato un percorso interno che possa renderle fruibili, lasciando le rovine più intatte possibile, mentre l’intervento di musealizzazione più importante è destinato alla domus, che contiene i resti più rilevanti e quelli che necessitano una maggiore protezione.

Musealizzazione della citta romana di suasa. Archeologia del paesaggio e archeologia urbana

Il percorso progettuale intrapreso ci ha permesso di confrontarci con un’analisi del territorio e della storia romana, che ne ha influenzato l’evoluzione. Considerando tutti i frammenti come parte di un sistema più grande dove non è possibile comprenderne uno se non attraverso gli altri, si è deciso di valorizzare gli elementi presenti con criteri ben precisi. Così viene ristabilita la rete di connessioni e relazioni che secondo noi più aiutano nella comprensione del sito e della sua storia, cercando di integrare nel contesto la varietà di sistemi archeologici, storici e culturali che caratterizzano il sito. I resti della città romana vengono trattati con approcci diversi, a seconda del grado di conoscenza e di esperienza che possiamo avere di ogni reperto. Per le tracce meno evidenti sono stati usati interventi più leggeri, reversibili, mentre per le rovine di cui abbiamo maggiori informazioni, sono stati proposti interventi più strutturati, che accompagnino il visitatore nella loro scoperta e comprensione. Le tracce di cui non si hanno molte informazioni, sono state trattate con segni molto più leggeri e reversibili, usando una strategia di lining out che comporti l’impiego di essenze, scelte in base ad associazioni con quello che vanno a simboleggiare. Per le emergenze archeologiche evidenti, è stato pensato un percorso interno che possa renderle fruibili, lasciando le rovine più intatte possibile, mentre l’intervento di musealizzazione più importante è destinato alla domus, che contiene i resti più rilevanti e quelli che necessitano una maggiore protezione.

Super. Soluzioni per la riqualificazione urbana e il miglioramento prestazionale di un complesso di edilizia residenziale pubblica a Bologna, quartiere bolognina

Il progetto di questa tesi affronta le tematiche relative agli interventi di riqualificazione, adeguamento e rigenerazione urbana di un edificio residenziale di 15 unità abitative situato nella zona della Bolognina in Via Tibaldi. Le condizioni di vetustà dell’edificato e l’evoluzione economico sociale del quartiere hanno portato negli anni all’insorgere di nuove situazioni di criticità. Si sono riscontrati problemi relativi alle dimensioni degli alloggi (troppo grandi per le esigenze dei nuovi nuclei familiari), ai bassi livelli di comfort interni (rapporti illuminanti non rispettati e dimensioni dei vani non confacenti a normativa), all’accessibilità (vano ascensore inefficiente) e alla bassa efficienza energetica, che produce elevati costi di esercizio. L’analisi degli spazi esterni invece ha evidenziato uno stato di abbandono della corte, caratterizzata dalla disorganizzazione dei percorsi e delle aree verdi oltre a una carenza del numero di posti auto necessari agli abitanti dell’isolato. L’obiettivo che si pone la tesi è quello di adeguare l’area alle nuove esigenze dell’utenza e di migliorare gli standard qualitativi dell’edificato, considerando la fattibilità dell’intervento e ipotizzando misure che si pongano in alternativa ad una demolizione completa dell’edificio. Inoltre, le soluzioni proposte sono state studiate in modo da poter essere applicate non solo sul caso studio, ma anche sull’intero isolato, in un’ottica di riqualificazione urbana.Per gli spazi interni, le scelte adottate riguardano la demolizione e ricostruzione puntuali delle murature non portanti o collaboranti e l’ampliamento delle superfici finestrate, conformando a normativa i vani degli alloggi, dotandoli di una maggior superficie utile e riducendo la condizione di discomfort luminoso interno. La stessa strategia è stata adottata anche per ridefinire e diversificare il taglio degli alloggi. Infine per migliorare l’accessibilità all’edificio e agli alloggi le soluzioni prevedono l’inserimento un sistema loggiato per rendere raggiungibili direttamente dal vano ascensore preesistente, che presentava uno sbarco solo interpiano, due appartamenti per piano (dal primo al quarto). Per raggiungere invece le unità abitative collocate nel piano rialzato si è previsto di innalzare la quota del terreno fino all’altezza della soglia di ingresso ai vani. Parallelamente ci si è occupati della riprogettazione degli spazi esterni, optando per un’azione a scala urbana. La riorganizzazione delle aree è avvenuta attraverso l’inserimento di nuovi percorsi pedonali di collegamento all’edificato e mediante la progettazione e riqualificazione di spazi per la socializzazione. Infine, per arginare le problematiche relative al fabbisogno di parcheggi, si è agito diversificando e ponendo su livelli differenti la viabilità carrabile e gli spazi verdi attraverso l’inserimento di un parcheggio seminterrato.

Distribuzione dei popolamenti di invertebrati bentonici nella laguna di Messolonghi

Le lagune costituiscono ecosistemi dinamici ed eterogenei, caratterizzati da comunità biologiche più ristrette rispetto agli ambienti marini confinanti. Si tratta di ambienti delicati e spesso soggetti a disturbo antropico, per cui è importante monitorare lo stato ecologico del loro sistema. Un ottimo strumento per questa valutazione è rappresentato dalle comunità di invertebrati che popolano i sedimenti. Nel presente studio ci si propone di indagare la struttura dei popolamenti macrobentonici nella laguna di Messolonghi (Grecia occidentale), parte di un sistema lagunare di importanza ecologica in tutto il Mediterraneo, come testimoniato dalla designazione di ‘important bird area’ (IPA) nell’ambito del programma sviluppato dall’organizzazione BirdLife International; dalla presenza di siti dichiarati di interesse comunitario (SIC) all’interno della rete di protezione europea “Natura 2000”, nell’ambito della Direttiva Habitat (92/43/CEE). In questo studio viene indagata la struttura della comunità di invertebrati nella laguna e il ruolo della vegetazione e delle condizioni ambientali nel condizionare la disposizione dei popolamenti. A tale scopo vengono applicati indici di diversità che vengono messi in relazione alle specie vegetali presenti e alle caratteristiche del sedimento. I risultati mostrano una comunità diversificata, non regolata da un preciso gradiente ambientale, su cui la principale influenza risulta essere la vegetazione nel suo complesso. Nelle stazioni vegetate si trova un’elevata ricchezza specifica mentre l’equidistribuzione rimane invariata tra habitat vegetato e non. Dalle possibili correlazioni esaminate, risulta che l’abbondanza di alcuni dei taxa più importanti nel differenziamento delle strutture di comunità osservato varia in relazione alla granulometria dei sedimenti e al loro contenuto in azoto e carbonio organico.

Realizzazione di un data-set ad alta risoluzione (30 secondi d'arco) di precipitazioni mensili su un'area ad orografia complessa (Trentino Alto-Adige)

In questa tesi si presenta la realizzazione di un data-set ad alta risoluzione (30 secondi d'arco) di precipitazioni mensili (per il periodo 1921-2014), per la regione del Trentino-Alto Adige. Esso è basato su una densa rete di stazioni con osservazioni di lunga durata, sottoposte ai necessari controlli di qualità. La tecnica di interpolazione si basa sull'assunzione che la configurazione spazio-temporale del campo di una variabile meteorologica su una certa area possa essere descritta con la sovrapposizione di due campi: i valori normali relativi a un periodo standard (1961-1990), ossia le climatologie, e le deviazioni da questi, ossia le anomalie. Le due componenti possono venire ricostruite tramite metodologie diverse e si possono basare su data-set indipendenti. Per le climatologie bisogna avere un elevato numero di stazioni (anche se disponibili per un lasso temporale limitato); per le anomalie viceversa la densità spaziale ha un rilievo minore a causa della buona coerenza spaziale della variabilità temporale, mentre è importante la qualità dei dati e la loro estensione temporale. L'approccio utilizzato per le climatologie mensili è la regressione lineare pesata locale. Per ciascuna cella della griglia si stima una regressione lineare pesata della precipitazione in funzione dell'altitudine; si pesano di più le stazioni aventi caratteristiche simili a quelle della cella stessa. Invece le anomalie mensili si ricavano, per ogni cella di griglia, grazie a una media pesata delle anomalie delle vicine stazioni. Infine la sovrapposizione delle componenti spaziale (climatologie) e temporale (anomalie) consente di ottenere per ogni nodo del grigliato una serie temporale di precipitazioni mensili in valori assoluti. La bontà dei risultati viene poi valutata con gli errori quadratici medi (RMSE) e i coefficienti di correlazione di Pearson delle singole componenti ricostruite. Per mostrare le potenziali applicazioni del prodotto si esaminano alcuni casi studio.

Analisi del sistema idraulico e di monitoraggio dei Consorzi dei canali di Reno e Savena e caratterizzazione degli eventi storici di siccita meteorologica ed idrologica del Fiume Reno a Casalecchio

La tesi è suddivisa in tre parti. Nella prima parte si descrive il sistema dei canali bolognesi che derivano acqua dal bacino montano del Fiume Reno e dal Torrente Savena, e il sistema di gestione e di monitoraggio utilizzato dal Consorzio dei canali di Reno e Savena. Nella seconda parte si illustra una proposta di sistema di visualizzazione dei dati idro-pluviometrici che si sta valutando, assieme al Presidente del Consorzio e ad Arpa, per il monitor che il Consorzio intende installare al fine di illustrare al pubblico il monitoraggio e l’evoluzione degli eventi di piena e di scarsità idrica/siccità. Nella terza parte, infine, si effettuano la stima e un’analisi della correlazione tra due diversi indici di siccità, meteorologica ed idrologica, per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio. Il sistema dell’intero bacino del Reno e della rete dei canali cittadini risulta molto complesso. Vista tale complessità del sistema, si è proposto di distinguere uno scenario di piena e uno scenario di magra. Tra le diverse informazioni da visualizzare nel monitor si intendono anche visualizzare informazioni relative alla disponibilità idrica alla scala del bacino in esame. Per questo è stata svolta l’analisi sugli indici di siccità Standard Precipitation Index (SPI) e Streamflow Drought Index per il bacino del Reno chiuso a Casalecchio . Tali indici hanno portato a dei risultati consistenti con le condizioni idro-metereologiche e con le informazioni sugli impatti al suolo disponibili per alcuni degli eventi più significativi presi in esame. In base ai risultati ottenuti è possibile affermare che gli indici SPI e SDI a scala di bacino hanno una buona correlazione che permette di poter considerare anche la sola caratterizzazione pluviometrica per identificare la situazione della disponibilità idrica del fiume a monte dell’opera di presa del Canale di Reno.

On-chip non-invasive and label-free cell discrimination by impedance spectroscopy

OBJECTIVES: Many flow-cytometric cell characterization methods require costly markers and colour reagents. We present here a novel device for cell discrimination based on impedance measurement of electrical cell properties in a microfluidic chip, without the need of extensive sample preparation steps and the requirement of labelling dyes. MATERIALS AND METHODS, RESULTS: We demonstrate that in-flow single cell measurements in our microchip allow for discrimination of various cell line types, such as undifferentiated mouse fibroblasts 3T3-L1 and adipocytes on the one hand, or human monocytes and in vitro differentiated dendritic cells and macrophages on the other hand. In addition, viability and apoptosis analyses were carried out successfully for Jurkat cell models. Studies on several species, including bacteria or fungi, demonstrate not only the capability to enumerate these cells, but also show that even other microbiological life cycle phases can be visualized. CONCLUSIONS: These results underline the potential of impedance spectroscopy flow cytometry as a valuable complement to other known cytometers and cell detection systems.

Energiebetrachtung beim Lager- und Kommissioniervorgang

Ziel der ganzheitlichen Betrachtung der Umweltaspekte von Fördermitteln im Lager- und Kommissi-oniervorgang ist über den vollständigen Lebenszyklus Aussagen über Umweltauswirkungen zu treffen. Speziell für die Nutzungsphase werden am IFL analytische Energiebedarfsmodelle für die unterschiedlichen Fördermittel entwickelt. Deren Potential besteht v. a. darin, den aktuellen Stand heutiger Energieeffizienzmaßnahmen abzubilden und das Energieeinsparpotenzial zukünftiger Energiesparmaßnahmen abzuleiten.