Open-source digital technologies for low-cost monitoring of historical constructions

This paper shows new possibilities of using novel, open-source, low-cost platforms for the structural health monitoring of heritage structures. The objective of the study is to present an assessment of increasingly available open-source digital modeling and fabrication technologies in order to identify the suitable counterparts of the typical components of a continuous static monitoring system for a historical construction. The results of the research include a simple case-study, which is presented with low-cost, open-source, calibrated components, as well as an assessment of different alternatives for deploying basic structural health monitoring arrangements. The results of the research show the great potential of these existing technologies that may help to promote a widespread and cost-efficient monitoring of the built cultural heritage. Such scenario may contribute to the onset of commonplace digital records of historical constructions in an open-source, versatile and reliable fashion.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

An Economic and Life Cycle Analysis of Regional Land Use and Transportation Plans, Research Report 11-25

Travel and emissions models are commonly applied to evaluate the change in passenger and commercial travel and associated greenhouse gas (GHG) emissions from land use and transportation plans. Analyses conducted by the Sacramento Area Council of Governments predict a decline in such travel and emissions from their land use and transportation plan (the “Preferred Blueprint” or PRB scenario) relative to a “Business-As-Usual” scenario (BAU). However, the lifecycle GHG effects due to changes in production and consumption associated with transportation and land use plans are rarely, if ever, conducted. An earlier study conducted by the authors, applied a spatial economic model (Sacramento PECAS) to the PRB plan and found that lower labor, transport, and rental costs increased producer and consumer surplus and production and consumption relative to the BAU. As a result, lifecycle GHG emissions from these upstream economic activities may increase. At the same time, lifecycle GHG emissions associated with the manufacture of construction materials for housing may decline due to a shift in the plan from larger luxury homes to smaller multi-family homes in the plan. To explore the net impact of these opposing GHG impacts, the current study used the economic production and consumption data from the PRB and BAU scenarios as simulated with the Sacramento PECAS model as inputs to estimate the change in lifecycle GHG emissions. The economic input-output lifecycle assessment model is applied to evaluate effects related to changes in economic production and consumption as well as housing construction. This study also builds on the findings from two previous studies, which suggest potential economic incentives for jurisdictional non-compliance with Sustainable Communities Strategies (SCSs) under Senate Bill 375 (also known as the “anti-sprawl” bill). SB 375 does not require local governments to adopt general plans that are consistent with the land use plans included in SCSs, and thus such incentives could jeopardize implementation of SCSs and achievement of GHG goals. In this study, a set of scenarios is simulated with the Sacramento PECAS model, in which multiple jurisdictions partially pursue the BAU at differing rates. The PRB is treated as a straw or example SCS. The scenarios are evaluated to understand how non-conformity may influence the supply of housing by type, and holding other factors constant, the geographic and income distribution of rents, wages, commute costs, and consumer surplus

Information Outlook, October 2003

Volume 7, Issue 10https://scholarworks.sjsu.edu/sla_io_2003/1009/thumbnail.jp

HopScotch - a low-power renewable energy base station network for rural broadband access

The provision of adequate broadband access to communities in sparsely populated rural areas has in the past been severely restricted. In this paper, we present a wireless broadband access test bed running in the Scottish Highlands and Islands which is based on a relay network of low-power base stations. Base stations are powered by a combination of renewable sources creating a low cost and scalable solution suitable for community ownership. The use of the 5~GHz bands allows the network to offer large data rates and the testing of ultra high frequency ``white space'' bands allow expansive coverage whilst reducing the number of base stations or required transmission power. We argue that the reliance on renewable power and the intelligent use of frequency bands makes this approach an economic green radio technology which can address the problem of rural broadband access

Distributed, Low-Cost, Non-Expert Fine Dust Sensing with Smartphones

Diese Dissertation behandelt die Frage, wie mit kostengünstiger Sensorik Feinstäube in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden können. Dazu wird ein neues Sensorsystem auf Basis kostengünstiger off-the-shelf-Sensoren und Smartphones vorgestellt, entsprechende robuste Algorithmen zur Signalverarbeitung entwickelt und Erkenntnisse zur Interaktions-Gestaltung für die Messung durch Laien präsentiert. Atmosphärische Aerosolpartikel stellen im globalen Maßstab ein gravierendes Problem für die menschliche Gesundheit dar, welches sich in Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen äußert und eine Verkürzung der Lebenserwartung verursacht. Bisher wird Luftqualität ausschließlich anhand von Daten relativ weniger fester Messstellen beurteilt und mittels Modellen auf eine hohe räumliche Auflösung gebracht, so dass deren Repräsentativität für die flächendeckende Exposition der Bevölkerung ungeklärt bleibt. Es ist unmöglich, derartige räumliche Abbildungen mit den derzeitigen statischen Messnetzen zu bestimmen. Bei der gesundheitsbezogenen Bewertung von Schadstoffen geht der Trend daher stark zu räumlich differenzierenden Messungen. Ein vielversprechender Ansatz um eine hohe räumliche und zeitliche Abdeckung zu erreichen ist dabei Participatory Sensing, also die verteilte Messung durch Endanwender unter Zuhilfenahme ihrer persönlichen Endgeräte. Insbesondere für Luftqualitätsmessungen ergeben sich dabei eine Reihe von Herausforderungen - von neuer Sensorik, die kostengünstig und tragbar ist, über robuste Algorithmen zur Signalauswertung und Kalibrierung bis hin zu Anwendungen, die Laien bei der korrekten Ausführung von Messungen unterstützen und ihre Privatsphäre schützen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Anwendungsszenario Partizipatorischer Umweltmessungen, bei denen Smartphone-basierte Sensorik zum Messen der Umwelt eingesetzt wird und üblicherweise Laien die Messungen in relativ unkontrollierter Art und Weise ausführen. Die Hauptbeiträge hierzu sind: 1. Systeme zum Erfassen von Feinstaub mit Smartphones (Low-cost Sensorik und neue Hardware): Ausgehend von früher Forschung zur Feinstaubmessung mit kostengünstiger off-the-shelf-Sensorik wurde ein Sensorkonzept entwickelt, bei dem die Feinstaub-Messung mit Hilfe eines passiven Aufsatzes auf einer Smartphone-Kamera durchgeführt wird. Zur Beurteilung der Sensorperformance wurden teilweise Labor-Messungen mit künstlich erzeugtem Staub und teilweise Feldevaluationen in Ko-Lokation mit offiziellen Messstationen des Landes durchgeführt. 2. Algorithmen zur Signalverarbeitung und Auswertung: Im Zuge neuer Sensordesigns werden Kombinationen bekannter OpenCV-Bildverarbeitungsalgorithmen (Background-Subtraction, Contour Detection etc.) zur Bildanalyse eingesetzt. Der resultierende Algorithmus erlaubt im Gegensatz zur Auswertung von Lichtstreuungs-Summensignalen die direkte Zählung von Partikeln anhand individueller Lichtspuren. Ein zweiter neuartiger Algorithmus nutzt aus, dass es bei solchen Prozessen ein signalabhängiges Rauschen gibt, dessen Verhältnis zum Mittelwert des Signals bekannt ist. Dadurch wird es möglich, Signale die von systematischen unbekannten Fehlern betroffen sind auf Basis ihres Rauschens zu analysieren und das "echte" Signal zu rekonstruieren. 3. Algorithmen zur verteilten Kalibrierung bei gleichzeitigem Schutz der Privatsphäre: Eine Herausforderung partizipatorischer Umweltmessungen ist die wiederkehrende Notwendigkeit der Sensorkalibrierung. Dies beruht zum einen auf der Instabilität insbesondere kostengünstiger Luftqualitätssensorik und zum anderen auf der Problematik, dass Endbenutzern die Mittel für eine Kalibrierung üblicherweise fehlen. Bestehende Ansätze zur sogenannten Cross-Kalibrierung von Sensoren, die sich in Ko-Lokation mit einer Referenzstation oder anderen Sensoren befinden, wurden auf Daten günstiger Feinstaubsensorik angewendet sowie um Mechanismen erweitert, die eine Kalibrierung von Sensoren untereinander ohne Preisgabe privater Informationen (Identität, Ort) ermöglicht. 4. Mensch-Maschine-Interaktions-Gestaltungsrichtlinien für Participatory Sensing: Auf Basis mehrerer kleiner explorativer Nutzerstudien wurde empirisch eine Taxonomie der Fehler erstellt, die Laien beim Messen von Umweltinformationen mit Smartphones machen. Davon ausgehend wurden mögliche Gegenmaßnahmen gesammelt und klassifiziert. In einer großen summativen Studie mit einer hohen Teilnehmerzahl wurde der Effekt verschiedener dieser Maßnahmen durch den Vergleich vier unterschiedlicher Varianten einer App zur partizipatorischen Messung von Umgebungslautstärke evaluiert. Die dabei gefundenen Erkenntnisse bilden die Basis für Richtlinien zur Gestaltung effizienter Nutzerschnittstellen für Participatory Sensing auf Mobilgeräten. 5. Design Patterns für Participatory Sensing Games auf Mobilgeräten (Gamification): Ein weiterer erforschter Ansatz beschäftigt sich mit der Gamifizierung des Messprozesses um Nutzerfehler durch den Einsatz geeigneter Spielmechanismen zu minimieren. Dabei wird der Messprozess z.B. in ein Smartphone-Spiel (sog. Minigame) eingebettet, das im Hintergrund bei geeignetem Kontext die Messung durchführt. Zur Entwicklung dieses "Sensified Gaming" getauften Konzepts wurden Kernaufgaben im Participatory Sensing identifiziert und mit aus der Literatur zu sammelnden Spielmechanismen (Game Design Patterns) gegenübergestellt

How Do You Empower At Risk Students To Become Active Citizens About The Environment, Through The Design And Implementation Of An Urban Environmental Science Curriculum Within An Alternative Education Setting?

At-risk students come with a history of failure in school. The mainstream classroom setting has not worked for them in the past; therefore, educators must think outside the box and get students doing as many hands-on, experiential lessons as possible. Generally, these students do not have the opportunity to experience many experiential activities. This new curriculum helped students get outside learning new skills, and lured them away from chalkboard lessons. A major component with the curriculum was coordinating with the local parks and recreational system, to create a program where students are involved in using and maintaining local natural areas while learning the background science to care for them. The curriculum is a project-based, interdisciplinary course that incorporates aspects of scientific inquiry and citizen science. Much of this curriculum could be adapted for students of multiple age levels. Flexibility is a must when planning the units since many are dictated by the weather and climate year to year. Depending on location, the sequence of units for particular terms may need to change throughout the school year. In addition, the winter trimester would look much different for northern states compared to southern states, yet many of the same concepts can still be implemented. Despite the time commitment in developing this curriculum it is completely worth the effort. The curriculum not only enriched the students experience in high school, but also everyone involved directly including the professionals and community members who worked with the students, and indirectly other teachers who were inspired to create more enriching curriculum for at risk students

Migrating towards Using Electric Vehicles in Fleets – Proposed Methods for Demand Estimation and Fleet Design

Carsharing and electric vehicles have emerged as sustainable transportation alternatives to mitigate transportation, environmental, and social issues in cities. This dissertation combines three correlated topics: carsharing feasibility, electric vehicle carsharing fleet optimization, and efficient fleet management. First, the potential demand for electric vehicle carsharing in Beijing is estimated using data from a survey conducted the summer of 2013 in Beijing. This utilizes statistical analysis method, binary logit regression. Secondly, a model was developed to estimate carsharing mode split by the function of utilization and appropriate carsharing fleet size was simulated under three different fleet types: an EV fleet with level 2 chargers, an EV fleet with level 3 chargers, and a gasoline vehicle fleet. This study also performs an economic analysis to determine the payback period for recovering the initial EV charging infrastructure costs. Finally, this study develops a fleet size and composition optimization model with cost constraints for the University of Tennessee, Knoxville motor pool fleet. This will help the fleet manage efficiently with minimum total costs and greater demand satisfaction. This dissertation can help guide future sustainable transportation planning and policy