Un'applicazione mobile per il monitoraggio della qualita del servizio di trasporto ferroviario

In questa tesi cerco di utilizzare l'informatica per realizzare uno strumento di supporto al viaggiatore ferroviario. Il progetto che illustro in queste pagine è una applicazione mobile per Android, della quale descrivo: gli obiettivi che cerca di soddisfare, gli strumenti utilizzati per realizzarla, la sua progettazione, la sua implementazione, la guida per utilizzarla e le prove sperimentali effettuate.

Un'applicazione android per il monitoraggio del traffico stradale

L'obiettivo di questa tesi è stato quello di implementare un applicazione client-server per dispositivi Android basato sul paradigma del crowdsourcing. Il focus è stato rivolto sulla ricerca di un modo che consentisse all'utente di notificare degli eventi stradali senza distrarlo dalla guida, consentendogli di interagire vocalmente con il dispositivo per la segnalazione di differenti notifiche. Viene implementa un sistema di rilevazione delle velocità delle strade tramite l'invio di dati anonimi da parte degli utenti, che si integra con il sistema di notifica, consentendo una migliore rappresentazione della viabilità stradale. Inoltre è stato implementato anche un navigatore satellitare con tecnologia turn-by-turn da cui gli utenti possono effettuare itinerari, configurandosi, in ultima analisi, come una strumento in grado di supportare gli automobilisti da più punti di vista.

Monitoraggio di rilasci accidentali di sostanze pericolose in un impianto chimico

Il monitoraggio dei rilasci può essere indoor o outdoor; l’attenzione del presente lavoro è rivolta a sistemi di monitoraggio di gas infiammabili e/o tossici in ambienti esterni di stabilimenti onshore. L’efficacia dei sistemi di Gas Detection è profondamente influenzata dalla disposizione dei sensori nelle aree di rischio. Esistono codici e standard che forniscono informazioni molto dettagliate per la progettazione dei sistemi di Fire Detection e linee guida per la scelta, l’installazione ed il posizionamento ottimale dei sensori di incendio. La stessa affermazione non si può fare per i sistemi di Gas Detection, nonostante dall’individuazione tempestiva di un rilascio dipendano anche le successive azioni antincendio. I primi tentativi di sviluppare linee guida per il posizionamento dei sensori di gas sono stati effettuati per le applicazioni off-shore, dove l’elevato livello di congestione e il valore delle apparecchiature utilizzate richiedono un efficiente sistema di monitoraggio dei rilasci. Per quanto riguarda gli impianti on-shore, i criteri di posizionamento dei rilevatori di gas non sono ufficialmente ed univocamente definiti: il layout dei gas detectors viene in genere stabilito seguendo criteri di sicurezza interni alle compagnie affiancati da norme di “buona tecnica” e regole empiriche. Infatti, nonostante sia impossibile garantire l’individuazione di ogni rilascio, vi sono linee guida che propongono strategie di posizionamento dei gas detectors in grado di massimizzare la probabilità di successo del sistema di monitoraggio. Il presente lavoro è finalizzato alla verifica del corretto posizionamento dei gas detectors installati presso l’impianto pilota SF2 dello stabilimento Basell Poliolefine Italia di Ferrara.

Sviluppo di mezzi e sistemi di sorveglianza e monitoraggio dei ditteri culicidi di importanza sanitaria

Nel corso degli ultimi anni le problematiche legate al ruolo vettore delle zanzare stanno emergendo sia per quanto riguarda l’uomo che gli animali allevati e selvatici. Diversi arbovirus come West Nile, Chikungunya, Usutu e Dengue, possono facilmente spostarsi a livello planetario ed essere introdotti anche nei nostri territori dove possono dare avvio a episodi epidemici. Le tecniche di monitoraggio e sorveglianza dei Culicidi possono essere convenientemente utilizzate per il rilevamento precoce dell’attività virale sul territorio e per la stima del rischio di epidemie al fine dell’adozione delle opportune azioni di Sanità Pubblica. Io scopo della ricerca del dottorato è inserito nel contesto dei temi di sviluppo del Piano regionale sorveglianza delle malattie trasmesse da vettori in Emilia Romagna. La ricerca condotta è inquadrata prevalentemente sotto l’aspetto entomologico applicativo di utilizzo di dispositivi (trappole) che possano catturare efficacemente possibili insetti vettori. In particolare questa ricerca è stata mirata allo studio comparativo in campo di diversi tipi di trappole per la cattura di adulti di zanzara, cercando di interpretare i dati per capire un potenziale valore di efficacia/efficienza nel rilevamento della circolazione virale e come supporto alla pianificazione della rete di sorveglianza dal punto di vista operativo mediante dispositivi adeguati alle finalità d’indagine. Si è cercato di trovare un dispositivo idoneo, approfondendone gli aspetti operativi/funzionali, ai fini di cattura del vettore principale del West Nile Virus, cioè la zanzara comune, da affiancare all’unica tipologia di trappola usata in precedenza. Le prove saranno svolte sia in campo che presso il laboratorio di Entomologia Medica Veterinaria del Centro Agricoltura Ambiente “G. Nicoli” di Crevalcore, in collaborazione con il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali della Facoltà di Agraria dell’Università di Bologna.

Caratterizzazione dei sintomi neurovegetativi e neuropsicologici nella malattia di Parkinson associata a mutazioni del gene glucocerebrosidasi

Pochi studi hanno indagato il profilo dei sintomi non-motori nella malattia di Parkinson associata al gene glucocerebrosidasi (GBA). Questo studio è mirato alla caratterizzazione dei sintomi non-motori, con particolare attenzione alla valutazione delle funzioni neurovegetativa, cognitiva e comportamentale, nel parkinsonismo associato a mutazione del gene GBA con la finalità di verificare se tali sintomi non-motori siano parte dello spettro clinico di questi pazienti. E’ stato condotto su una coorte di pazienti affetti da malattia di Parkinson che erano stati tutti sottoposti ad una analisi genetica per la ricerca di mutazioni in uno dei geni finora associati alla malattia di Parkinson. All’interno di questa coorte omogenea sono stati identificati due gruppi diversi in relazione al genotipo (pazienti portatori della mutazione GBA e pazienti non portatori di nessuna mutazione) e le caratteristiche non-motorie sono state confrontate nei due gruppi. Sono state pertanto indagati il sistema nervoso autonomo, mediante studio dei riflessi cardiovascolari e analisi dei sintomi disautonomici, e le funzioni cognitivo-comportamentali in pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA. I risultati sono stati messi a confronto con il gruppo di controllo. Lo studio ha mostrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA presentavano maggiore frequenza di disfunzioni ortosimpatiche, depressione, ansia, apatia, impulsività, oltre che di disturbi del controllo degli impulsi rispetto ai pazienti non portatori. In conclusione, i pazienti GBA positivi possono esprimere una sintomatologia non-motoria multidominio con sintomi autonomici, cognitivi e comportamentali in primo piano. Pertanto l’impostazione terapeutica in questi pazienti dovrebbe includere una accurata valutazione dei sintomi non-motori e un loro monitoraggio nel follow up clinico, allo scopo di ottimizzare i risultati e ridurre i rischi di complicazioni.

Analysis of cerebral and autonomic response to respiratory events in patients with Sleep Apnea Syndrome

The arousal scoring in Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) is important to clarify the impact of the disease on sleep but the currently applied American Academy of Sleep Medicine (AASM) definition may underestimate the subtle alterations of sleep. The aims of the present study were to evaluate the impact of respiratory events on cortical and autonomic arousal response and to quantify the additional value of cyclic alternating pattern (CAP) and pulse wave amplitude (PWA) for a more accurate detection of respiratory events and sleep alterations in OSAS patients. A retrospective revision of 19 polysomnographic recordings of OSAS patients was carried out. Analysis was focused on quantification of apneas (AP), hypopneas (H) and flow limitation (FL) events, and on investigation of cerebral and autonomic activity. Only 41.1% of FL events analyzed in non rapid eye movement met the AASM rules for the definition of respiratory event-related arousal (RERA), while 75.5% of FL events ended with a CAP A phase. The dual response (EEG-PWA) was the most frequent response for all subtypes of respiratory event with a progressive reduction from AP to H and FL. 87.7% of respiratory events with EEG activation showed also a PWA drop and 53,4% of the respiratory events without EEG activation presented a PWA drop. The relationship between the respiratory events and the arousal response is more complex than that suggested by the international classification. In the estimation of the response to respiratory events, the CAP scoring and PWA analysis can offer more extensive information compared to the AASM rules. Our data confirm also that the application of PWA scoring improves the detection of respiratory events and could reduce the underestimation of OSAS severity compared to AASM arousal.

Mappatura dell'impervious e consumo di suolo tramite analisi di change detection in telerilevamento

Il telerilevamento rappresenta un efficace strumento per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, grazie alla disponibilità di sensori che riprendono con cadenza temporale fissa porzioni della superficie terrestre. Le immagini multi/iperspettrali acquisite sono in grado di fornire informazioni per differenti campi di applicazione. In questo studio è stato affrontato il tema del consumo di suolo che rappresenta un’importante sfida per una corretta gestione del territorio, poiché direttamente connesso con i fenomeni del runoff urbano, della frammentazione ecosistemica e con la sottrazione di importanti territori agricoli. Ancora non esiste una definizione unica, ed anche una metodologia di misura, del consumo di suolo; in questo studio è stato definito come tale quello che provoca impermeabilizzazione del terreno. L’area scelta è quella della Provincia di Bologna che si estende per 3.702 km2 ed è caratterizzata a nord dalla Pianura Padana e a sud dalla catena appenninica; secondo i dati forniti dall’ISTAT, nel periodo 2001-2011 è stata la quarta provincia in Italia con più consumo di suolo. Tramite classificazione pixel-based è stata fatta una mappatura del fenomeno per cinque immagini Landsat. Anche se a media risoluzione, e quindi non in grado di mappare tutti i dettagli, esse sono particolarmente idonee per aree estese come quella scelta ed inoltre garantiscono una più ampia copertura temporale. Il periodo considerato va dal 1987 al 2013 e, tramite procedure di change detection applicate alle mappe prodotte, si è cercato di quantificare il fenomeno, confrontarlo con i dati esistenti e analizzare la sua distribuzione spaziale.

Studi epidemiologici su Pseudomonas syringae pv.actinidiae agente causale del cancro batterico in actinidia

Il cancro batterico dell’actinidia causato da Pseudomonas syringae pv.actinidiae (Psa) suscita grande interesse a livello globale a partire dal 2008. La malattia è comparsa in Giappone e in due anni ha avuto una diffusione epidemica in tutte le aree di coltivazione mondiale di actinidia. Gravi perdite economiche hanno attirato l’attenzione internazionale su questa problematica e grandi sforzi sono stati rivolti allo studio di questo patosistema ancora poco conosciuto. E’ emerso infatti che il patogeno può rimanere in fase latente per lunghi periodi senza causare sintomi caratteristici nelle piante infette, e che dalla comparsa dei sintomi la pianta muore nell’arco di un paio d’anni. Il monitoraggio ed il controllo della situazione è perciò di fondamentale importanza ed è ancora più importante prevenire la comparsa di nuovi focolai di infezione. A questo proposito sarebbe opportuno l’impiego di materiale vegetale di propagazione non infetto, ma in molti casi questo diventa difficile, dal momento che il materiale impiegato è generalmente quello asintomatico, non analizzato precedentemente per la presenza del patogeno. Negli ultimi anni sono state perciò messe a punto molte tecniche molecolari per l’identificazione di Psa direttamente da materiale vegetale. L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di studiare l’epidemiologia di Psa in piante adulte infette e di verificare l’efficacia di metodi di diagnosi precoce per prevenire la malattia. A tale scopo il lavoro sperimentale è stato suddiviso in diverse fasi: i) studio della localizzazione, traslocazione e sopravvivenza di Psa nelle piante, a seguito di inoculazione in piante adulte di actinidia di ceppi marcati Psa::gfp; ii) studio della capacità di Psa di essere mantenuto in germogli di actinidia attraverso sette generazioni di micropropagazione dopo l’inoculazione delle piante madri con lo stesso ceppo marcato Psa::gfp; iii) studio ed applicazioni di un nuovo metodo di diagnosi precoce di Psa basato sull’analisi molecolare del “pianto”.

Progettazione e sviluppo di un prototipo di dispositivo wearable per il monitoraggio dell'attivita elettro-meccanica del cuore

Il presente lavoro di tesi è finalizzato allo sviluppo di un dispositivo indossabile, e minimamente invasivo, in grado di registrare in maniera continua segnali legati all’attività elettromeccanica del muscolo cardiaco, al fine di rilevare eventuali anomalie cardiache. In tal senso il sistema non si limita alla sola acquisizione di un segnale ECG, ma è in grado di rilevare anche i toni cardiaci, ovvero le vibrazioni generate dalla chiusura delle valvole cardiache, la cui ampiezza è espressione della forza contrattile (funzione meccanica) del cuore. Il presente lavoro di tesi ha riguardato sia la progettazione che la realizzazione di un prototipo di tale dispositivo ed è stato svolto presso il laboratorio di Bioingegneria del Dipartimento di Medicina Specialistica Diagnostica e Sperimentale dell’Università di Bologna, sito presso l’Azienda Ospedaliero-Universitaria Policlinico Sant’Orsola-Malpighi. Il sistema finale consiste in un dispositivo applicabile al torace che, attraverso una serie di sensori, è in grado di rilevare dati legati alla meccanica del cuore (toni cardiaci), dati elettrici cardiaci (ECG) e dati accelerometrici di attività fisica. Nello specifico, il sensing dei toni cardiaci avviene attraverso un accelerometro in grado di misurare le vibrazioni trasmesse al torace. I tracciati, raccolti con l’ausilio di una piattaforma Arduino, vengono inviati, tramite tecnologia Bluetooth, ad un PC che, attraverso un applicativo software sviluppato in LabVIEW™, ne effettua l’analisi, il salvataggio e l’elaborazione in real-time, permettendo un monitoraggio wireless ed in tempo reale dello stato del paziente.

Monitoraggio del cammino nei soggetti con malattia di parkinson tramite l'utilizzo di sensori inerziali: Disegno e sviluppo di algoritmi per la stima della clearance dei piedi e dell'inclinazione del tronco

La malattia di Parkinson è un disturbo neurodegenerativo con eziologia sconosciuta che colpisce in particolare le aree del cervello che sono coinvolte nel controllo del movimento. Tale disturbo neurologico causa anomalie sull’andatura del soggetto portandolo ad esempio a strisciare i piedi e flettere il busto più del necessario; anomalie che causano una camminata insicura che può sfociare in inciampi e cadute. Lo scopo di questo studio è disegnare e sviluppare algoritmi in grado di stimare la clearance dei piedi e l’inclinazione del tronco, al fine di essere inseriti nel progetto CuPiD, il quale fornisce un feedback vocale ogni volta in cui il soggetto parkinsoniano presenti valori dei parametri monitorati al di fuori di un range fisiologico. Sono stati reclutati 20 soggetti, 10 a cui è stata diagnosticata la malattia di Parkinson idiopatica e 10 asintomatici.
Nella valutazione sperimentale si è acquisita la camminata dei soggetti coinvolti nell’esperimento, utilizzando un sistema inerziale ed un sistema stereofotogrammetrico come gold standard. Ogni soggetto ha eseguito 4 camminate, ciascuna della durata di 2 minuti, nelle seguenti diverse condizioni: camminata normale, focus sui piedi, focus sul tronco, audio stroop. Inoltre si è valutata l’entità delle differenze cliniche dei due parametri stimati, tra il gruppo dei soggetti malati di Parkinson ed il gruppo dei soggetti sani. Dallo studio effettuato si propone un algoritmo per la stima della clearance che presenta un errore relativamente alto

Tecniche di rilievo topografico per il monitoraggio del costruito

Il presente lavoro si riferisce ad una delle attività di monitoraggio topografico più diffuse e consolidate: il controllo altimetrico per mezzo della livellazione geometrica di precisione, finalizzato alla determinazione dei dislivelli – e della loro variazione nel tempo – tra capisaldi appositamente istituiti sulla struttura. Va ricordato infatti che in Topografia non è possibile determinare direttamente la quota assoluta di un punto, ma solamente il dislivello, ossia la differenza di quota fra punti della superficie fisica. Il caso di studio si riferisce nello specifico ad un oggetto di grandissimo interesse: le Due Torri di Bologna. La Torre degli Asinelli e la Torre Garisenda di Bologna sono infatti soggette da lungo tempo ad una attività di monitoraggio altimetrico con la tecnica della livellazione geometrica di precisione, oggi realizzata con strumentazione digitale. L’attività viene condotta dall’area di Geomatica del Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM) dell’Università di Bologna in collaborazione con il Comune di Bologna. Scopo della tesi è illustrare gli aspetti teorici alla base della tecnica della livellazione geometrica e le operazioni che sono state eseguite sul campo ed in laboratorio, in affiancamento a quanto effettuato dal DICAM con il coordinamento del Prof. G. Bitelli. Nel Capitolo 1 viene descritta la metodologia di rilevamento mediante livellazione geometrica di precisione e la tecnica di elaborazione dei dati tramite la compensazione per osservazioni indirette secondo il principio dei minimi quadrati. Nel Capitolo 2 viene presentato il caso di studio e descritto il rilievo che è stato effettuato durante il periodo della tesi. Vengono illustrate le fasi operative sul campo e la successiva fase di predisposizione dei dati per la compensazione. Infine si illustra l’elaborazione numerica realizzata per la determinazione delle quote nel sistema di riferimento locale utilizzato.

Introducing non-linear analysis into sustained speech characterization to improve sleep apnea detection

We present a novel approach for detecting severe obstructive sleep apnea (OSA) cases by introducing non-linear analysis into sustained speech characterization. The proposed scheme was designed for providing additional information into our baseline system, built on top of state-of-the-art cepstral domain modeling techniques, aiming to improve accuracy rates. This new information is lightly correlated with our previous MFCC modeling of sustained speech and uncorrelated with the information in our continuous speech modeling scheme. Tests have been performed to evaluate the improvement for our detection task, based on sustained speech as well as combined with a continuous speech classifier, resulting in a 10% relative reduction in classification for the first and a 33% relative reduction for the fused scheme. Results encourage us to consider the existence of non-linear effects on OSA patients' voices, and to think about tools which could be used to improve short-time analysis.

Improving automatic detection of obstructive sleep apnea through nonlinear analysis of sustained speech

We present a novel approach for the detection of severe obstructive sleep apnea (OSA) based on patients' voices introducing nonlinear measures to describe sustained speech dynamics. Nonlinear features were combined with state-of-the-art speech recognition systems using statistical modeling techniques (Gaussian mixture models, GMMs) over cepstral parameterization (MFCC) for both continuous and sustained speech. Tests were performed on a database including speech records from both severe OSA and control speakers. A 10 % relative reduction in classification error was obtained for sustained speech when combining MFCC-GMM and nonlinear features, and 33 % when fusing nonlinear features with both sustained and continuous MFCC-GMM. Accuracy reached 88.5 % allowing the system to be used in OSA early detection. Tests showed that nonlinear features and MFCCs are lightly correlated on sustained speech, but uncorrelated on continuous speech. Results also suggest the existence of nonlinear effects in OSA patients' voices, which should be found in continuous speech.

GMM-based classifiers for the automatic detection of obstructive sleep apnea

The aim of automatic pathological voice detection systems is to serve as tools, to medical specialists, for a more objective, less invasive and improved diagnosis of diseases. In this respect, the gold standard for those system include the usage of a optimized representation of the spectral envelope, either based on cepstral coefficients from the mel-scaled Fourier spectral envelope (Mel-Frequency Cepstral Coefficients) or from an all-pole estimation (Linear Prediction Coding Cepstral Coefficients) forcharacterization, and Gaussian Mixture Models for posterior classification. However, the study of recently proposed GMM-based classifiers as well as Nuisance mitigation techniques, such as those employed in speaker recognition, has not been widely considered inpathology detection labours. The present work aims at testing whether or not the employment of such speaker recognition tools might contribute to improve system performance in pathology detection systems, specifically in the automatic detection of Obstructive Sleep Apnea. The testing procedure employs an Obstructive Sleep Apnea database, in conjunction with GMM-based classifiers looking for a better performance. The results show that an improved performance might be obtained by using such approach.