Automated Analysis Methods for the Assessment of Bicycle Infrastructure and Demand

A first phase of the research activity has been related to the study of the state of art of the infrastructures for cycling, bicycle use and methods for evaluation. In this part, the candidate has studied the "bicycle system" in countries with high bicycle use and in particular in the Netherlands. Has been carried out an evaluation of the questionnaires of the survey conducted within the European project BICY on mobility in general in 13 cities of the participating countries. The questionnaire was designed, tested and implemented, and was later validated by a test in Bologna. The results were corrected with information on demographic situation and compared with official data. The cycling infrastructure analysis was conducted on the basis of information from the OpenStreetMap database. The activity consisted in programming algorithms in Python that allow to extract data from the database infrastructure for a region, to sort and filter cycling infrastructure calculating some attributes, such as the length of the arcs paths. The results obtained were compared with official data where available. The structure of the thesis is as follows: 1. Introduction: description of the state of cycling in several advanced countries, description of methods of analysis and their importance to implement appropriate policies for cycling. Supply and demand of bicycle infrastructures. 2. Survey on mobility: it gives details of the investigation developed and the method of evaluation. The results obtained are presented and compared with official data. 3. Analysis cycling infrastructure based on information from the database of OpenStreetMap: describes the methods and algorithms developed during the PhD. The results obtained by the algorithms are compared with official data. 4. Discussion: The above results are discussed and compared. In particular the cycle demand is compared with the length of cycle networks within a city. 5. Conclusions

Entwicklung und Charakterisierung eines Drop-on-Demand-Aerosolgenerators für die Probenzuführung kleinster Flüssigkeitsmengen in der analytischen Atomspektroskopie

Die pneumatische Zerstäubung ist die häufigste Methode der Probenzuführung von Flüssigkeiten in der Plasmaspektrometrie. Trotz der bekannten Limitierungen dieser Systeme, wie die hohen Probenverluste, finden diese Zerstäuber aufgrund ihrer guten Robustheit eine breite Anwendung. Die flussratenabhängige Aerosolcharakteristik und pumpenbasierte Signalschwankungen limitieren bisher Weiterentwicklungen. Diese Probleme werden umso gravierender, je weiter die notwendige Miniaturisierung dieser Systeme fortschreitet. Der neuartige Ansatz dieser Arbeit basiert auf dem Einsatz modifizierter Inkjet-Druckerpatronen für die Dosierung von pL-Tropfen. Ein selbst entwickelter Mikrokontroller ermöglicht den Betrieb von matrixkodierten Patronen des Typs HP45 mit vollem Zugriff auf alle essentiellen Betriebsparameter. Durch die neuartige Aerosoltransportkammer gelang die effiziente Kopplung des Tropfenerzeugungssystems an ein ICP-MS. Das so aufgebaute drop-on-demand-System (DOD) zeigt im Vergleich zu herkömmlichen und miniaturisierten Zerstäubern eine deutlich gesteigerte Empfindlichkeit (8 - 18x, elementabhängig) bei leicht erhöhtem, aber im Grunde vergleichbarem Signalrauschen. Darüber hinaus ist die Flexibilität durch die große Zahl an Freiheitsgraden des Systems überragend. So ist die Flussrate über einen großen Bereich variabel (5 nL - 12,5 µL min-1), ohne dabei die primäre Aerosolcharakteristik zu beeinflussen, welche vom Nutzer durch Wahl der elektrischen Parameter bestimmt wird. Das entwickelte Probenzuführungssystem ist verglichen mit dem pneumatischen Referenzsystem weniger anfällig gegenüber Matrixeffekten beim Einsatz von realen Proben mit hohen Anteilen gelöster Substanzen. So gelingt die richtige Quantifizierung von fünf Metallen im Spurenkonzentrationsbereich (Li, Sr, Mo, Sb und Cs) in nur 12 µL Urin-Referenzmaterial mittels externer Kalibrierung ohne Matrixanpassung. Wohingegen beim pneumatischen Referenzsystem die aufwändigere Standardadditionsmethode sowie über 250 µL Probenvolumen für eine akkurate Bestimmung der Analyten nötig sind. Darüber hinaus wird basierend auf der Dosierfrequenz eines dualen DOD-Systems eine neuartige Kalibrierstrategie vorgestellt. Bei diesem Ansatz werden nur eine Standard- und eine Blindlösung anstelle einer Reihe unterschiedlich konzentrierter Standards benötigt, um eine lineare Kalibrierfunktion zu erzeugen. Zusätzlich wurde mittels selbst entwickelter, zeitlich aufgelöster ICP-MS umfangreiche Rauschspektren aufgenommen. Aus diesen gelang die Ermittlung der Ursache des erhöhten Signalrauschens des DOD, welches maßgeblich durch das zeitlich nicht äquidistante Eintreffen der Tropfen am Detektor verursacht wird. Diese Messtechnik erlaubt auch die Detektion einzeln zugeführter Tropfen, wodurch ein Vergleich der Volumenverteilung der mittels ICP-MS detektierten, gegenüber den generierten und auf optischem Wege charakterisierten Tropfen möglich wurde. Dieses Werkzeug ist für diagnostische Untersuchungen äußerst hilfreich. So konnte aus diesen Studien neben der Aufklärung von Aerosoltransportprozessen die Transporteffizienz des DOD ermittelt werden, welche bis zu 94 Vol.-% beträgt.

Increased sensitivity in mapping task demand in visuospatial processing using reaction-time-dependent hemodynamic response predictors in rapid event-related fMRI

Searching for the neural correlates of visuospatial processing using functional magnetic resonance imaging (fMRI) is usually done in an event-related framework of cognitive subtraction, applying a paradigm comprising visuospatial cognitive components and a corresponding control task. Besides methodological caveats of the cognitive subtraction approach, the standard general linear model with fixed hemodynamic response predictors bears the risk of being underspecified. It does not take into account the variability of the blood oxygen level-dependent signal response due to variable task demand and performance on the level of each single trial. This underspecification may result in reduced sensitivity regarding the identification of task-related brain regions. In a rapid event-related fMRI study, we used an extended general linear model including single-trial reaction-time-dependent hemodynamic response predictors for the analysis of an angle discrimination task. In addition to the already known regions in superior and inferior parietal lobule, mapping the reaction-time-dependent hemodynamic response predictor revealed a more specific network including task demand-dependent regions not being detectable using the cognitive subtraction method, such as bilateral caudate nucleus and insula, right inferior frontal gyrus and left precentral gyrus.

Characterizing the effects of turbulence on sediment oxygen and sediment nitrate demand using flow-through reactors

Onondaga Lake has received the municipal effluent and industrial waste from the city of Syracuse for more than a century. Historically, 75 metric tons of mercury were discharged to the lake by chlor-alkali facilities. These legacy deposits of mercury now exist primarily in the lake sediments. Under anoxic conditions, methylmercury is produced in the sediments and can be released to the overlying water. Natural sedimentation processes are continuously burying the mercury deeper into the sediments. Eventually, the mercury will be buried to a depth where it no longer has an impact on the overlying water. In the interim, electron acceptor amendment systems can be installed to retard these chemical releases while the lake naturally recovers. Electron acceptor amendment systems are designed to meet the sediment oxygen demand in the sediment and maintain manageable hypolimnion oxygen concentrations. Historically, designs of these systems have been under designed resulting in failure. This stems from a mischaracterization of the sediment oxygen demand. Turbulence at the sediment water interface has been shown to impact sediment oxygen demand. The turbulence introduced by the electron amendment system can thus increase the sediment oxygen demand, resulting in system failure if turbulence is not factored into the design. Sediment cores were gathered and operated to steady state under several well characterized turbulence conditions. The relationship between sediment oxygen/nitrate demand and turbulence was then quantified and plotted. A maximum demand was exhibited at or above a fluid velocity of 2.0 mm•s-1. Below this velocity, demand decreased rapidly with fluid velocity as zero velocity was approached. Similar relationships were displayed by both oxygen and nitrate cores.