Bioimage informatics in STED super-resolution microscopy

Optical microscopy is living its renaissance. The diffraction limit, although still physically true, plays a minor role in the achievable resolution in far-field fluorescence microscopy. Super-resolution techniques enable fluorescence microscopy at nearly molecular resolution. Modern (super-resolution) microscopy methods rely strongly on software. Software tools are needed all the way from data acquisition, data storage, image reconstruction, restoration and alignment, to quantitative image analysis and image visualization. These tools play a key role in all aspects of microscopy today – and their importance in the coming years is certainly going to increase, when microscopy little-by-little transitions from single cells into more complex and even living model systems. In this thesis, a series of bioimage informatics software tools are introduced for STED super-resolution microscopy. Tomographic reconstruction software, coupled with a novel image acquisition method STED< is shown to enable axial (3D) super-resolution imaging in a standard 2D-STED microscope. Software tools are introduced for STED super-resolution correlative imaging with transmission electron microscopes or atomic force microscopes. A novel method for automatically ranking image quality within microscope image datasets is introduced, and it is utilized to for example select the best images in a STED microscope image dataset.

AnaBench: a Web/CORBA-based workbench for biomolecular sequence analysis

Affiliation: Département de biochimie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Design Techniques for Sigmadelta based ADC for Wireless Applications

Analog-to digital Converters (ADC) have an important impact on the overall performance of signal processing system. This research is to explore efficient techniques for the design of sigma-delta ADC,specially for multi-standard wireless tranceivers. In particular, the aim is to develop novel models and algorithms to address this problem and to implement software tools which are avle to assist the designer's decisions in the system-level exploration phase. To this end, this thesis presents a framework of techniques to design sigma-delta analog to digital converters.A2-2-2 reconfigurable sigma-delta modulator is proposed which can meet the design specifications of the three wireless communication standards namely GSM,WCDMA and WLAN. A sigma-delta modulator design tool is developed using the Graphical User Interface Development Environment (GUIDE) In MATLAB.Genetic Algorithm(GA) based search method is introduced to find the optimum value of the scaling coefficients and to maximize the dynamic range in a sigma-delta modulator.

Interannual and interdecadal oscillations in hydrological variables: Sources and modeling of the persistence in the Elbe River Basin

Wenn man die Existenz von physikalischen Mechanismen ignoriert, die für die Struktur hydrologischer Zeitreihen verantwortlich sind, kann das zu falschen Schlussfolgerungen bzgl. des Vorhandenseins möglicher Gedächtnis (memory) -Effekte, d.h. von Persistenz, führen. Die hier vorgelegte Doktorarbeit spürt der niedrigfrequenten klimatischen Variabilität innerhalb den hydrologischen Zyklus nach und bietet auf dieser "Reise" neue Einsichten in die Transformation der charakteristischen Eigenschaften von Zeitreihen mit einem Langzeitgedächtnis. Diese Studie vereint statistische Methoden der Zeitreihenanalyse mit empirisch-basierten Modelltechniken, um operative Modelle zu entwickeln, die in der Lage sind (1) die Dynamik des Abflusses zu modellieren, (2) sein zukünftiges Verhalten zu prognostizieren und (3) die Abflusszeitreihen an unbeobachteten Stellen abzuschätzen. Als solches präsentiert die hier vorgelegte Dissertation eine ausführliche Untersuchung zu den Ursachen der niedrigfrequenten Variabilität von hydrologischen Zeitreihen im deutschen Teil des Elbe-Einzugsgebietes, den Folgen dieser Variabilität und den physikalisch basierten Reaktionen von Oberflächen- und Grundwassermodellen auf die niedrigfrequenten Niederschlags-Eingangsganglinien. Die Doktorarbeit gliedert sich wie folgt: In Kapitel 1 wird als Hintergrundinformation das Hurst Phänomen beschrieben und ein kurzer Rückblick auf diesbezügliche Studien gegeben. Das Kapitel 2 diskutiert den Einfluss der Präsenz von niedrigfrequenten periodischen Zeitreihen auf die Zuverlässigkeit verschiedener Hurst-Parameter-Schätztechniken. Kapitel 3 korreliert die niedrigfrequente Niederschlagsvariabilität mit dem Index der Nord-Atlantischen Ozillations (NAO). Kapitel 4-6 sind auf den deutschen Teil des Elbe-Einzugsgebietes fokussiert. So werden in Kapitel 4 die niedrigfrequenten Variabilitäten der unterschiedlichen hydro-meteorologischen Parameter untersucht und es werden Modelle beschrieben, die die Dynamik dieser Niedrigfrequenzen und deren zukünftiges Verhalten simulieren. Kapitel 5 diskutiert die mögliche Anwendung der Ergebnisse für die charakteristische Skalen und die Verfahren der Analyse der zeitlichen Variabilität auf praktische Fragestellungen im Wasserbau sowie auf die zeitliche Bestimmung des Gebiets-Abflusses an unbeobachteten Stellen. Kapitel 6 verfolgt die Spur der Niedrigfrequenzzyklen im Niederschlag durch die einzelnen Komponenten des hydrologischen Zyklus, nämlich dem Direktabfluss, dem Basisabfluss, der Grundwasserströmung und dem Gebiets-Abfluss durch empirische Modellierung. Die Schlussfolgerungen werden im Kapitel 7 präsentiert. In einem Anhang werden technische Einzelheiten zu den verwendeten statistischen Methoden und die entwickelten Software-Tools beschrieben.

Modularität und Wiederverwendung

Vorträge / Präsentationen des Automation Symposiums 2008

Thermal Impacts on Building Integrated Photovoltaic (BIPV) (Electrical, Thermal and Mechanical Characteristics)

Ein Drittel des weltweiten gesamten Energiebedarfs wird durch Gebäude verbraucht. Um diesen Energiebedarf teilweise zu decken, den erheblichen Energieverbrauch zu reduzieren und weiterhin andere Gebäudefunktionen beizubehalten, ist Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) eine der am besten geeigneten Lösungen für die Gebäudenanwendung. Im Bezug auf eine Vielzahl von Gestalltungsmöglichkeiten, sind die Randbedingungen der BIPV-Anwendungen eindeutig anders im Vergleich zu Standard-PV-Anwendungen, insbesondere bezüglich der Betriebstemperatur. Bisher gab es nicht viele Informationen zu den relevanten thermischen Auswirkungen auf die entsprechenden elektrischen Eigenschaften zusammen mit thermischen und mechanischen relevanten Gebäudenfunktionen. Die meisten Hersteller übernehmen diese Eigenschaften von entsprechenden PV-Modulen und konventionellen Bauprodukten Normen, die zur ungenauen System- und Gebäudeplanungen führen. Deshalb ist die Untersuchung des thermischen Einflusses auf elektrische, thermische sowie mechanische Eigenschaften das Hauptziel der vorliegenden Arbeit. Zunächst wird das Temperatur-Model mit dem Power-Balance-Konzept erstellt. Unter Berücksichtigung der variablen Installationsmöglichkeiten und Konfigurationen des Moduls wird das Model auf Basis dynamischer und stationär Eigenschaften entwickelt. Im Hinblick auf die dynamische Simulation können der Energieertrag und Leistung zusammen mit der thermischen Gebäudesimulation in Echtzeit simuliert werden. Für stationäre Simulationen können die relevanten Gebäudefunktionen von BIPV-Modulen sowohl im Sommer als auch im Winter simuliert werden. Basierend auf unterschiedlichen thermischen und mechanischen Last-Szenarien wurde darüber hinaus das mechanische Model zusammen mit Variationen von Belastungsdauer, Montagesystem und Verkapselungsmaterialien entwickelt. Um die Temperatur- und Mechanik-Modelle zu validieren, wurden die verschiedenen Prüfeinrichtungen zusammen mit neuen Testmethoden entwickelt. Bei Verwendung der Prüfanlage „PV variable mounting system“ und „mechanical testing equipment“ werden zudem die verschiedenen Szenarien von Montagesystemen, Modul-Konfigurationen und mechanischen Belastungen emuliert. Mit der neuen Testmethode „back-bias current concept“ können zum einen die solare Einstrahlung und bestimmte Betriebstemperaturen eingestellt werden. Darüber hinaus wurden mit den eingangs erwähnten validierten Modellen das jeweilige elektrische, thermische und mechanische Verhalten auf andere Konfigurationen bewertet. Zum Abschluss wird die Anwendung von Software-Tools bei PV-Herstellern im Hinblick auf die entsprechenden Modellentwicklungen thematisiert.

Desarrollo de una aplicación de computador para analizar parámetros estadísticos genético-poblacionales de microsatélites en poblaciones humanas

La información y los datos genéticos que emanan hoy de las investigaciones del genoma humano demandan el desarrollo de herramientas informáticas capaces de procesar la gran cantidad de información disponible. La mayor cantidad de datos genéticos es el resultado de equipos que realizan el análisis simultáneo de cientos o miles de polimorfismos o variaciones genéticas, de nuevas técnicas de laboratorio de mayor rendimiento que, en conjunto, ofrecen una mayor disponibilidad de información en un corto espacio de tiempo. Esta problemática conduce a la necesidad de desarrollar nuevas herramientas informáticas capaces de lidiar con este mayor volumen de datos genéticos. En el caso de la genética de poblaciones, a pesar de que existen herramientas informáticas que permiten procesar y facilitar el análisis de los datos, estas tienen limitaciones como la falta de conocimiento de los usuarios de algunos lenguajes de programación para alimentar la información y otras herramientas informáticas no realizan todas las estimaciones que se requieren y otros presentan limitaciones en cuanto al número de datos que pueden incorporar o manejar. En algunos casos hay redundancia al tener que usarse dos o más herramientas para poder procesar un conjunto de datos de información genética. El presente trabajo tiene por objetivo el desarrollo de una herramienta informática basada en aplicaciones de computador comunes, en este caso Microsoft Excel® y que resuelva todos los problemas y las limitaciones descritas antes. El desarrollo del conjunto de subprogramas que constituyen a Lustro; permiten superar lo anterior, presentar los resultados en un ambiente sencillo, conocido y fácil de operar, simplificando de esta forma el proceso de adaptación del usuario del programa, sin entrenamiento previo, obteniéndose en corto tiempo el procesamiento de la información genética de interés.

Diseño y Evaluación de intervenciones en organizaciones empresariales desde la dinámica de sistemas – revisión teórica. Sistemas – Revisión Teórica.

Este trabajo tiene como objetivo hacer una revisión teórica desde los inicios de la Teoría General de Sistemas, hasta el desarrollo de la dinámica de sistemas, todo lo que estas dos teorías plantean, además de muchas otras teorías de las cuales estas se encuentran rodeadas y conectadas muy cercanamente, ya que partiendo del planteamiento que hizo el biólogo Ludwig Von Bertalanffy se derivaron diversas corrientes de pensamiento, todas alrededor del enfoque y pensamiento de sistemas, y de la cual se deriva la más importante para nosotros en este trabajo de la cual es padre el Ingeniero Jay Wright Forrester, la Dinámica de Sistemas. Muchas de estas otras teorías tienen como objetivo generar estrategias de cambio en las organizaciones mediante diferentes metodologías, pero todas con el fin de alcanzar un desempeño óptimo en los procesos que son realizados en las organizaciones. Este proyecto es planteado ante la necesidad de tener un amplio conocimiento teórico de todo lo que conllevan los planteamientos de la Dinámica de Sistemas los cuales van de la mano junto con el pensamiento sistémico y el modelamiento organizacional, el cual veremos cómo es desarrollado desde el enfoque de la Dinámica de Sistemas a través de distintos modelos y en la actualidad herramientas informáticas tales como software diseñados exclusivamente para el modelamiento desde la Dinámica de Sistemas.

Entorno virtual para el aprendizaje y la evaluación automática en bases de datos

La enseñanza y evaluación automática a través de un sistema Computer Based Assessment (CBA) requiere de software especializado que se adapte a la tipología de actividades a tratar y evaluar. En esta tesis se ha desarrollado un entorno CBA que facilita el aprendizaje y evaluación de los principales temas de una asignatura de bases de datos. Para ello se han analizado las herramientas existentes en cada uno de estos temas (Diagramas Entidad/Relación, diagramas de clases, esquemas de bases de datos relacionales, normalización, consultas en álgebra relacional y lenguaje SQL) y para cada uno de ellos se ha analizado, diseñado e implementado un módulo de corrección y evaluación automática que aporta mejoras respecto a los existentes. Estos módulos se han integrado en un mismo entorno al que hemos llamado ACME-DB.

Ocean data dissemination: new challenges for data integration

In the decade since OceanObs `99, great advances have been made in the field of ocean data dissemination. The use of Internet technologies has transformed the landscape: users can now find, evaluate and access data rapidly and securely using only a web browser. This paper describes the current state of the art in dissemination methods for ocean data, focussing particularly on ocean observations from in situ and remote sensing platforms. We discuss current efforts being made to improve the consistency of delivered data and to increase the potential for automated integration of diverse datasets. An important recent development is the adoption of open standards from the Geographic Information Systems community; we discuss the current impact of these new technologies and their future potential. We conclude that new approaches will indeed be necessary to exchange data more effectively and forge links between communities, but these approaches must be evaluated critically through practical tests, and existing ocean data exchange technologies must be used to their best advantage. Investment in key technology components, cross-community pilot projects and the enhancement of end-user software tools will be required in order to assess and demonstrate the value of any new technology.

The comfort, energy and health implications of London’s urban heat island

The urban heat island (UHI) is a well-known effect of urbanisation and is particularly important in world megacities. Overheating in such cities is expected to be exacerbated in the future as a result of further urban growth and climate change. Demonstrating and quantifying the impact of individual design interventions on the UHI is currently difficult using available software tools. The tools developed in the LUCID (‘The Development of a Local Urban Climate Model and its Application to the Intelligent Design of Cities’) research project will enable the related impacts to be better understood, quantified and addressed. This article summarises the relevant literature and reports on the ongoing work of the project.

Agent-Oriented Data Curation in Bioinformatics

The practitioners of bioinformatics require increasing sophistication from their software tools to take into account the particular characteristics that make their domain complex. For example, there is a great variation of experience of researchers, from novices who would like guidance from experts in the best resources to use to experts that wish to take greater management control of the tools used in their experiments. Also, the range of available, and conflicting, data formats is growing and there is a desire to automate the many trivial manual stages of in-silico experiments. Agent-oriented software development is one approach to tackling the design of complex applications. In this paper, we argue that, in fact, agent-oriented development is a particularly well-suited approach to developing bioinformatics tools that take into account the wider domain characteristics. To illustrate this, we design a data curation tool, which manages the format of experimental data, extend it to better account for the extra requirements placed by the domain characteristics, and show how the characteristics lead to a system well suited to an agent-oriented view.

Agent-Oriented Data Curation in Bioinformatics

The practitioners of bioinformatics require increasing sophistication from their software tools to take into account the particular characteristics that make their domain complex. For example, there is a great variation of experience of researchers, from novices who would like guidance from experts in the best resources to use to experts that wish to take greater management control of the tools used in their experiments. Also, the range of available, and conflicting, data formats is growing and there is a desire to automate the many trivial manual stages of in-silico experiments. Agent-oriented software development is one approach to tackling the design of complex applications. In this paper, we argue that, in fact, agent-oriented development is a particularly well-suited approach to developing bioinformatics tools that take into account the wider domain characteristics. To illustrate this, we design a data curation tool, which manages the format of experimental data, extend it to better account for the extra requirements placed by the domain characteristics, and show how the characteristics lead to a system well suited to an agent-oriented view.

O valor da tecnologia da informação: considerações sobre a avaliação de investimentos estratégicos em TI e sobre o processo de análise e tomada de decisão

Este trabalho discute os principais fatores a serem considerados na tomada de decisões estratégicas relativas a investimentos em tecnologia da informação. É feita uma avaliação do impacto da implantação de TI nas organizações e são sugeridos métodos que podem ser utilizados para medir os benefícios tangíveis e intangíveis do investimento em TI. A seguir, é feita uma apresentação breve da teoria de análise de decisões e da forma como algumas das novas ferramentas de software podem auxiliar os seres humanos a tomar decisões racionais. Por fim, é apresentado um exemplo de um modelo multi-critérios simples (SMARTS) como uma ferramenta de apoio ao processo de decisão.

Estudo da qualidade de serviço de uma aplicação VoIP em ambientes wireless com handoff

This work deals with experimental studies about VoIP conections into WiFi 802.11b networks with handoff. Indoor and outdoor network experiments are realised to take measurements for the QoS parameters delay, throughput, jitter and packt loss. The performance parameters are obtained through the use of software tools Ekiga, Iperf and Wimanager that assure, respectvely, VoIP conection simulation, trafic network generator and metric parameters acquisition for, throughput, jitter and packt loss. The avarage delay is obtained from the measured throughput and the concept of packt virtual transmition time. The experimental data are validated based on de QoS level for each metric parameter accepted as adequated by the specialized literature