Sensitivity analysis in optimized parametric curve fitting

Purpose – Curve fitting from unordered noisy point samples is needed for surface reconstruction in many applications -- In the literature, several approaches have been proposed to solve this problem -- However, previous works lack formal characterization of the curve fitting problem and assessment on the effect of several parameters (i.e. scalars that remain constant in the optimization problem), such as control points number (m), curve degree (b), knot vector composition (U), norm degree (k), and point sample size (r) on the optimized curve reconstruction measured by a penalty function (f) -- The paper aims to discuss these issues -- Design/methodology/approach - A numerical sensitivity analysis of the effect of m, b, k and r on f and a characterization of the fitting procedure from the mathematical viewpoint are performed -- Also, the spectral (frequency) analysis of the derivative of the angle of the fitted curve with respect to u as a means to detect spurious curls and peaks is explored -- Findings - It is more effective to find optimum values for m than k or b in order to obtain good results because the topological faithfulness of the resulting curve strongly depends on m -- Furthermore, when an exaggerate number of control points is used the resulting curve presents spurious curls and peaks -- The authors were able to detect the presence of such spurious features with spectral analysis -- Also, the authors found that the method for curve fitting is robust to significant decimation of the point sample -- Research limitations/implications - The authors have addressed important voids of previous works in this field -- The authors determined, among the curve fitting parameters m, b and k, which of them influenced the most the results and how -- Also, the authors performed a characterization of the curve fitting problem from the optimization perspective -- And finally, the authors devised a method to detect spurious features in the fitting curve -- Practical implications – This paper provides a methodology to select the important tuning parameters in a formal manner -- Originality/value - Up to the best of the knowledge, no previous work has been conducted in the formal mathematical evaluation of the sensitivity of the goodness of the curve fit with respect to different possible tuning parameters (curve degree, number of control points, norm degree, etc.)

Sistemi di Mobile-Health per il monitoraggio e l'assistenza alla gravidanza

Con il termine "Mobile-Health" si intende l’uso di tecnologie mobili in ambito medico-sanitario. Questa tesi si propone di fornire un quadro generale di come i sistemi di Mobile-Health possano aiutare nell'assistenza e nel monitoraggio della gravidanza. Attraverso l'analisi delle ricerche effettuate in questo campo, e lo studio dei sistemi attualmente utilizzati in ambito ospedaliero, si cerca di valutare se effettivamente questo tipo di tecnologie può fornire un contributo significativo nell'assistere le donne incinte. Viene trattato il tema del Self-Management che riguarda appunto l'auto-gestione della propria condizione di salute attraverso l’uso di tecnologie mobili. Vengono introdotti problemi e complicazioni della gravidanza e i corrispettivi trattamenti. Si analizzano studi e ricerche che riguardano dispositivi e software per le donne incinte, compreso il tema delle “app mediche”. Infine, grazie al contributo delle dottoresse Iliana Colonna e Marina Carfagna (coordinatrici ostetriche negli ospedali di Rimini e Cesena), si presenta una panoramica sull’attuale uso di tecnologie nei reparti ospedalieri di ostetricia.

Analisi del rendimento di sistemi micro ORC di tipo sperimentale

In questo lavoro si analizza il rendimento isoentropico di diversi espansori adottati all’interno di sistemi micro-ORC (Organic Rankine Cycle). Si parte da una descrizione generale dei sistemi ORC, mettendone in evidenza le principali caratteristiche, il layout tipico, le differenze rispetto ad un ciclo Rankine tradizionale, e gli ambiti di utilizzo. Si procede ad una trattazione teorica del rendimento isoentropico del compressore e dell’espansore, specificando le ipotesi adottate nei calcoli e mettendo in luce la relazione tra rendimento isoentropico e politropico nell’uno e nell’altro apparato. Si passa poi alla descrizione delle quattro principali tipologie di espansori presenti in letteratura: scroll, screw, vane e piston, e si prosegue con l'analisi nel dettaglio della letteratura relativa alla valutazione dell’efficienza di questi quando utilizzati all’interno di un sistema micro-ORC. Infine, dopo aver descritto il sistema ORC del laboratorio di via Terracini del DIN, illustrandone layout, componenti principali, potenza scambiata all’interno dei componenti e modalità di calcolo adottata per la valutazione del rendimento isoentropico dell’espansore e del sistema complessivo, si confrontano i dati di efficienza di questo con quelli reperiti in letteratura. Il confronto del rendimento, dell'espansore e complessivo, del sistema del DIN, 33.8% e 1,818% rispettivamente, con quelli degli altri sistemi, è risultato di difficilmente valutazione a causa delle condizioni di forte off-design del sistema stesso. Dalla ricerca è inoltre emerso che i fluidi più utilizzati nella sperimentazione, e dunque capaci di migliori prestazioni, sono R245fa, R134a e R123. Per quel che riguarda infine gli espansori, nel range di potenza di 1-10 kW, lo scroll risulta essere il migliore.

Accessori per sistemi in cavo nella trasmissione dell'energia elettrica in HVDC: definizione di modelli fisici per la caratterizzazione di materiali isolanti, semiconduttivi e varioresistivi

Lo studio intrapreso si è posto come obiettivo la caratterizzazione dal punto di vista elettrico dei materiali coinvolti nella realizzazione di accessori per applicazioni in HVDC, in particolare mescole isolanti, semiconduttive e varioresistive. La necessità di un lavoro di questo tipo viene giustificata dalla costante espansione dei sistemi in DC nella trasmissione dell’energia elettrica, i quali presentano caratteristiche fisiche che si differenziano sensibilmente da quelle tipiche dei tradizionali sistemi in AC, dunque richiedono componenti e materiali opportunamente progettati per garantire condizioni di servizio sicure e affidabili. L’obiettivo della trattazione consiste nello studio di analogie e differenze tra le proprietà elettriche fornite da prove su diverse configurazioni di provini, nella fattispecie di tipo piano e cilindrico cavo. In primo luogo si studiano i provini di tipo piano al fine di ricavare informazioni basilari sul materiale e sulla mescola che lo costituisce e di prendere decisioni relative al proseguimento dei test. Dopo aver effettuato un sufficiente numero di test su varie tipologie di provini piani e aver riconosciuto le mescole più performanti dal punto di vista elettrico, meccanico e termico, si procede alla realizzazione di provini cilindrici stampati, su cui si intraprendono le medesime misure effettuate per la configurazione piana. Questa seconda fase di caratterizzazione è fondamentale, in quanto consente di verificare che le proprietà già studiate su piastra si conservino in una geometria molto più simile a quella assunta dal prodotto finale evitando di sostenere costi onerosi per la produzione di un accessorio full-size. Il lavoro è stato svolto nel laboratorio elettrico di alta tensione della divisione R&D del gruppo Prysmian di Milano, leader mondiale nella produzione di sistemi in cavo per alte e altissime tensioni.

Studio e realizzazione dell’emulatore μARM e del progetto JaeOS per la didattica dei Sistemi Operativi

La maggior parte degli strumenti per la didattica dei sistemi operativi sono basati sull'architettura MIPS, che è ampiamente superata. Questo lavoro introduce μARM, un emulatore, basato su architettura ARM7TDMI adeguato all'insegnamento a livello universitario. Inoltre viene presentato JaeOS, un manuale di specifiche per un sistema operativo multi-strato che supporti esecuzione multi-processo, memoria virtuale, sincronizzazione dei thread, gestione di dispositivi esterni ed un file system. I progetti tradizionali, come OSP2 o OS/161, forniscono un buon quantitativo di codice già sviluppato agli studenti, i quali devono modificare i moduli del sistema già implementati ed aggiungerne di nuovi. Con μARM/JaeOS gli studenti sono sottoposti ad un'esperienza pedagogicamente differente, partendo dal solo emulatore hardware e finendo con un sistema operativo, interamente sviluppato da loro, in grado di eseguire programmi sviluppati dagli studenti stessi.

Sistemi operativi real-time su dispositivi embedded - Caso di studio : FreeRTOS su Raspberry Pi

La tesi si concentra sullo studio dell'architettura di un sistema operativo real-time e tratta approfonditamente il dispositivo embedded Raspberry Pi. Successivamente,si procede con l'installazione di BitThunder(un RTOS basato su FreeRTOS) su tale sistema embedded e si attua un test pratico per verificarne il funzionamento.

Sistemi distribuiti per aste elettroniche: uno studio sperimentale

Lo scopo del mio lavoro di tesi è studiare e discutere la realizzazione mediante un sistema distribuito di un’applicazione per aste olandesi ad alta affidabilità. L’applicazione deve supportare la competizione tra compratori e venditori. Per testare l'affidabilità di tale modello, simuleremo effettivamente il crash di uno o più servers.

Ottimizzazione di un sistema di calcolo Voxel dosimetry e implementazione di grandezze radiobiologiche per MRT

Il presente lavoro di tesi nasce in seguito all’esperienza di tirocinio svolta presso l’Arcispedale Santa Maria Nuova di Reggio Emilia. Fulcro di questo lavoro è lo sviluppo di un sistema di pianificazione della dose per il trattamento dei pazienti sottoposti a Molecular Radionuclide Therapy (MRT). Presso tale struttura ospedaliera è già stato sviluppato uno strumento che si appoggia all’ambiente di lavoro Matlab per il calcolo dosimetrico. Tale programma è chiamato VoxelMed. Si tratta di uno strumento di calcolo che lavora al così detto voxel-level, tecnica di sviluppo recente che permette il calcolo della dose assorbita all’interno di un paziente in modo più dettagliato rispetto ai metodi di calcolo basati unicamente sulla stima media per organo, tipicamente impiegati in dosimetria tradizionale. Parte del lavoro di tesi consiste nell’implementare nuove modalità di calcolo ed aggiungere ulteriori accorgimenti all’attuale versione di VoxelMed. In VoxelMed è stata poi integrata ex-novo una componente di calcolo di misure radiobiologiche, in particolare della BED. La dose assorbita non è infatti un parametro sufficiente per valutare gli effetti della radiazione sui tessuti, a parità di tipo ed energia della radiazione gli effetti possono essere molto variabili. La BED è il parametro che tiene conto della risposta del tessuto sano o cancerogeno alla radiazione. Parte del lavoro è stato svolto sperimentalmente, tramite misure con fantocci acquisiti o preparati ad hoc. In particolare si sono utilizzati diverse tipologie di fantocci, per effettuare protocolli di calibrazione dei sistemi di acquisizione, misure di curve di effetto di volume parziale e test finali di verifica. Per un ulteriore verifica delle prestazioni di calcolo si sono effettuate misurazioni su un gruppo di pazienti e si sono confrontati i risultati con quelli ottenuti dal software maggiormente utilizzato nella pratica clinica, OLINDA/EXM.

Stabilita di sistemi sferici autogravitanti con forze r^(-α)

In questa tesi si è eseguito uno studio preliminare (con risultati positivi) volto a verificare la possibilità di estendere al caso di forze r^(-α) il Teorema di stabilità di Antonov per sistemi autogravitanti newtoniani. Tale studio è volto a capire se i risultati di stabilità attualmente noti dipendano dalla speciale natura del campo r^(-2) o se valgono più genericamente per sistemi con forze a lungo range.

Modello stocastico per la plasticità sinaptica

Nel sistema nervoso centrale i neuroni comunicano l'uno con l'altro attraverso le connessioni sinaptiche e sono soggetti a centinaia di stimoli, ma hanno la capacità di distinguerli l'uno dall'altro. L'abilità delle sinapsi di interpretare questi cambiamenti morfologici e biochimici è detta \textit{plasticità sinaptica} e l'obiettivo di questa tesi è proprio studiare un modello per le dinamiche di questo affascinante processo, da un punto di vista prima deterministico e poi stocastico. Infatti le reazioni che inducono la plasticità sinaptica sono ben approssimate da equazioni differenziali non lineari, ma nel caso di poche molecole bisogna tener conto delle fluttuazioni e quindi sono necessari dei metodi di analisi stocastici. Nel primo capitolo, dopo aver introdotto gli aspetti fondamentali del sistema biochimico coinvolto e dopo aver accennato ai diversi studi che hanno approcciato l'argomento, viene illustrato il modello basato sull'aggregazione delle proteine (PADP) volto a spiegare la plasticità sinaptica. Con il secondo capitolo si introducono i concetti matematici che stanno alla base dei processi stocastici, strumenti utili per studiare e descrivere la dinamica dei sistemi biochimici. Il terzo capitolo introduce una giustificazione matematica riguardo la modellizzazione in campo medio e vede una prima trattazione del modello, con relativa applicazione, sui moscerini. Successivamente si applica il modello di cui sopra ai mammiferi e se ne studia nel dettaglio la dinamica del sistema e la dipendenza dai parametri di soglia che portano alle varie transizioni di fase che coinvolgono le proteine. Infine si è voluto osservare questo sistema da un punto di vista stocastico inserendo il rumore di Wiener per poi confrontare i risultati con quelli ottenuti dall'approccio deterministico.

Adiabatic extraction models for beam dynamics

Il presente lavoro prende le mosse da un problema di dinamica dei fasci relativo a un metodo di separazione di un fascio di particelle recentemente messo in funzione nell’sincrotrone PS al CERN. In questo sistema, variando adiabaticamente i parametri di un campo magnetico, nello spazio delle fasi si creano diverse isole di stabilità (risonanze) in cui le particelle vengono catturate. Dopo una parte introduttiva in cui si ricava, a partire dalle equazioni di Maxwell, l’hamiltoniana di una particella sottoposta ai campi magnetici che si usano negli acceleratori, e una presentazione generale della teoria dell’invarianza adiabatica, si procede analizzando la dinamica di tali sistemi. Inizialmente si prende in considerazione l’hamiltoniana mediata sulle variabili veloci, considerando perturbazioni (kick) dei termini dipolare e quadrupolare. In ognuno dei due casi, si arriva a determinare la probabilità che una particella sia catturata nella risonanza. Successivamente, attraverso un approccio perturbativo, utilizzando le variabili di azione ed angolo, si calcola la forza della risonanza 4:1 per un kick quadrupolare.

Breaking the curve with candels: a Bayesian approach to reveal the non-universality of the dust-attenuation law at high redshift

Dust attenuation affects nearly all observational aspects of galaxy evolution, yet very little is known about the form of the dust-attenuation law in the distant universe. Here, we model the spectral energy distributions of galaxies at z ~ 1.5–3 from CANDELS with rest-frame UV to near-IR imaging under different assumptions about the dust law, and compare the amount of inferred attenuated light with the observed infrared (IR) luminosities. Some individual galaxies show strong Bayesian evidence in preference of one dust law over another, and this preference agrees with their observed location on the plane of infrared excess (IRX, L_TIR/L_UV) and UV slope (β). We generalize the shape of the dust law with an empirical model, A_ λ,σ =E(B-V)k_ λ (λ / λ v)^ σ where k_λ is the dust law of Calzetti et al., and show that there exists a correlation between the color excess E(B-V) and tilt δ with δ =(0.62±0.05)log(E(B-V))+(0.26±0.02). Galaxies with high color excess have a shallower, starburst-like law, and those with low color excess have a steeper, SMC-like law. Surprisingly, the galaxies in our sample show no correlation between the shape of the dust law and stellar mass, star formation rate, or β. The change in the dust law with color excess is consistent with a model where attenuation is caused by scattering, a mixed star–dust geometry, and/or trends with stellar population age, metallicity, and dust grain size. This rest-frame UV-to-near-IR method shows potential to constrain the dust law at even higher redshifts (z>3).

Towards a single crystal Raman spectrum of kaolinite at 77 K

The Raman spectra at 77 K of the hydroxyl stretching of kaolinite were obtained along the three axes perpendicular to the crystal faces. Raman bands were observed at 3616, 3658 and 3677 cm−1 together with a distinct band observed at 3691 cm−1 and a broad profile between 3695 and 3715 cm−1. The band at 3616 cm−1 is assigned to the inner hydroxyl. The bands at 3658 and 3677 cm−1 are attributed to the out-of-phase vibrations of the inner surface hydroxyls. The Raman spectra of the in-phase vibrations of the inner-surface hydroxyl-stretching region are described in terms of transverse and longitudinal optic splitting. The band at 3691 cm−1 is assigned to the transverse optic and the broad profile to the longitudinal optic mode. This splitting remained even at liquid nitrogen temperature. The transverse optic vibration may be curve resolved into two or three bands, which are attributed to different types of hydroxyl groups in the kaolinite.

An infrared spectroscopic study of the some Autunite minerals

A series of selected autunites with phosphate as the anion have been studied using infrared spectroscopy. Each autunite mineral has its own characteristic spectrum. The spectra for different autunites with the same composition are different. It is proposed that this difference is due to the structure of water and hydrated cations in the interlayer region between the uranyl phosphate sheets. This structure is different for different autunites. The position of the water hydroxyl stretching bands is related to the strength of the hydrogen bonds as determined by hydrogen bond distance. The highly ordered structure of water is also observed in the water HOH bending modes where a high wavenumber bands are observed. The phosphate and uranyl stretching vibrations overlap and are obtained by curve resolution.