Do-it-yourself instruments and data processing methods for developing marine citizen observatories

Water is the most important resource for living on planet Earth, covering more than 70% of its surface. The oceans represent more than 97% of the planet total water and they are where more than the 99.5% of the living beings are concentrated. A great number of ecosystems depend on the health of these oceans; their study and protection are necessary. Large datasets over long periods of time and over wide geographical areas can be required to assess the health of aquatic ecosystems. The funding needed for data collection is considerable and limited, so it is important to look at new cost-effective ways of obtaining and processing marine environmental data. The feasible solution at present is to develop observational infrastructures that may increase significantly the conventional sampling capabilities. In this study we promote to achieve this solution with the implementation of Citizen Observatories, based on volunteer participation. Citizen observatories are platforms that integrate the latest information technologies to digitally connect citizens, improving observation skills for developing a new type of research known as Citizen Science. Citizen science has the potential to increase the knowledge of the environment, and aquatic ecosystems in particular, through the use of people with no specific scientific training to collect and analyze large data sets. We believe that citizen science based tools -open source software coupled with low-cost do-it-yourself hardware- can help to close the gap between science and citizens in the oceanographic field. As the public is actively engaged in the analysis of data, the research also provides a strong avenue for public education. This is the objective of this thesis, to demonstrate how open source software and low-cost do-it-yourself hardware are effectively applied to oceanographic research and how can it develop into citizen science. We analyze four different scenarios where this idea is demonstrated: an example of using open source software for video analysis where lobsters were monitored; a demonstration of using similar video processing techniques on in-situ low-cost do-it-yourself hardware for submarine fauna monitoring; a study using open source machine learning software as a method to improve biological observations; and last but not least, some preliminar results, as proof of concept, of how manual water sampling could be replaced by low-cost do-it-yourself hardware with optical sensors.L’aigua és el recurs més important per la vida al planeta Terra, cobrint més del 70% de la seva superfície. Els oceans representen més del 70% de tota l'aigua del planeta, i és on estan concentrats més del 99.5% dels éssers vius. Un gran nombre d'ecosistemes depenen de la salut d'aquests oceans; el seu estudi i protecció són necessaris. Grans conjunts de dades durant llargs períodes de temps i al llarg d’amples àrees geogràfiques poden ser necessaris per avaluar la salut dels ecosistemes aquàtics. El finançament necessari per aquesta recol·lecció de dades és considerable però limitat, i per tant és important trobar noves formes més rendibles d’obtenir i processar dades mediambientals marines. La solució factible actualment és la de desenvolupar infraestructures observacionals que puguin incrementar significativament les capacitats de mostreig convencionals. En aquest estudi promovem que es pot assolir aquesta solució amb la implementació d’Observatoris Ciutadans, basats en la participació de voluntaris. Els observatoris ciutadans són plataformes que integren les últimes tecnologies de la informació amb ciutadans digitalment connectats, millorant les capacitats d’observació, per desenvolupar un nou tipus de recerca coneguda com a Ciència Ciutadana. La ciència ciutadana té el potencial d’incrementar el coneixement del medi ambient, i dels ecosistemes aquàtics en particular, mitjançant l'ús de persones sense coneixement científic específic per recollir i analitzar grans conjunts de dades. Creiem que les eines basades en ciència ciutadana -programari lliure juntament amb maquinari de baix cost i del tipus "fes-ho tu mateix" (do-it-yourself en anglès)- poden ajudar a apropar la ciència del camp oceanogràfic als ciutadans. A mesura que el gran públic participa activament en l'anàlisi de dades, la recerca esdevé també una nova via d’educació pública. Aquest és l’objectiu d’aquesta tesis, demostrar com el programari lliure i el maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" s’apliquen de forma efectiva a la recerca oceanogràfica i com pot desenvolupar-se cap a ciència ciutadana. Analitzem quatre escenaris diferents on es demostra aquesta idea: un exemple d’ús de programari lliure per anàlisi de vídeos de monitoratge de llagostes; una demostració utilitzant tècniques similars de processat de vídeo en un dispositiu in-situ de baix cost "fes-ho tu mateix" per monitoratge de fauna submarina; un estudi utilitzant programari lliure d’aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) com a mètode per millorar observacions biològiques; i finalment uns resultats preliminars, com a prova de la seva viabilitat, de com un mostreig manual de mostres d’aigua podria ser reemplaçat per maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" amb sensors òptics

Wildlife Communication

This report contains a progress report for the ph.d. project titled “Wildlife Communication”. The project focuses on investigating how signal processing and pattern recognition can be used to improve wildlife management in agriculture. Wildlife management systems used today experience habituation from wild animals which makes them ineffective. An intelligent wildlife management system could monitor its own effectiveness and alter its scaring strategy based on this

Do-it-yourself instruments and data processing methods for developing marine citizen observatories

La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPCWater is the most important resource for living on planet Earth, covering more than 70% of its surface. The oceans represent more than 97% of the planet total water and they are where more than the 99.5% of the living beings are concentrated. A great number of ecosystems depend on the health of these oceans; their study and protection are necessary. Large datasets over long periods of time and over wide geographical areas can be required to assess the health of aquatic ecosystems. The funding needed for data collection is considerable and limited, so it is important to look at new cost-effective ways of obtaining and processing marine environmental data. The feasible solution at present is to develop observational infrastructures that may increase significantly the conventional sampling capabilities. In this study we promote to achieve this solution with the implementation of Citizen Observatories, based on volunteer participation. Citizen observatories are platforms that integrate the latest information technologies to digitally connect citizens, improving observation skills for developing a new type of research known as Citizen Science. Citizen science has the potential to increase the knowledge of the environment, and aquatic ecosystems in particular, through the use of people with no specific scientific training to collect and analyze large data sets. We believe that citizen science based tools -open source software coupled with low-cost do-it-yourself hardware- can help to close the gap between science and citizens in the oceanographic field. As the public is actively engaged in the analysis of data, the research also provides a strong avenue for public education. This is the objective of this thesis, to demonstrate how open source software and low-cost do-it-yourself hardware are effectively applied to oceanographic research and how can it develop into citizen science. We analyze four different scenarios where this idea is demonstrated: an example of using open source software for video analysis where lobsters were monitored; a demonstration of using similar video processing techniques on in-situ low-cost do-it-yourself hardware for submarine fauna monitoring; a study using open source machine learning software as a method to improve biological observations; and last but not least, some preliminar results, as proof of concept, of how manual water sampling could be replaced by low-cost do-it-yourself hardware with optical sensors.L’aigua és el recurs més important per la vida al planeta Terra, cobrint més del 70% de la seva superfície. Els oceans representen més del 70% de tota l'aigua del planeta, i és on estan concentrats més del 99.5% dels éssers vius. Un gran nombre d'ecosistemes depenen de la salut d'aquests oceans; el seu estudi i protecció són necessaris. Grans conjunts de dades durant llargs períodes de temps i al llarg d’amples àrees geogràfiques poden ser necessaris per avaluar la salut dels ecosistemes aquàtics. El finançament necessari per aquesta recol·lecció de dades és considerable però limitat, i per tant és important trobar noves formes més rendibles d’obtenir i processar dades mediambientals marines. La solució factible actualment és la de desenvolupar infraestructures observacionals que puguin incrementar significativament les capacitats de mostreig convencionals. En aquest estudi promovem que es pot assolir aquesta solució amb la implementació d’Observatoris Ciutadans, basats en la participació de voluntaris. Els observatoris ciutadans són plataformes que integren les últimes tecnologies de la informació amb ciutadans digitalment connectats, millorant les capacitats d’observació, per desenvolupar un nou tipus de recerca coneguda com a Ciència Ciutadana. La ciència ciutadana té el potencial d’incrementar el coneixement del medi ambient, i dels ecosistemes aquàtics en particular, mitjançant l'ús de persones sense coneixement científic específic per recollir i analitzar grans conjunts de dades. Creiem que les eines basades en ciència ciutadana -programari lliure juntament amb maquinari de baix cost i del tipus "fes-ho tu mateix" (do-it-yourself en anglès)- poden ajudar a apropar la ciència del camp oceanogràfic als ciutadans. A mesura que el gran públic participa activament en l'anàlisi de dades, la recerca esdevé també una nova via d’educació pública. Aquest és l’objectiu d’aquesta tesis, demostrar com el programari lliure i el maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" s’apliquen de forma efectiva a la recerca oceanogràfica i com pot desenvolupar-se cap a ciència ciutadana. Analitzem quatre escenaris diferents on es demostra aquesta idea: un exemple d’ús de programari lliure per anàlisi de vídeos de monitoratge de llagostes; una demostració utilitzant tècniques similars de processat de vídeo en un dispositiu in-situ de baix cost "fes-ho tu mateix" per monitoratge de fauna submarina; un estudi utilitzant programari lliure d’aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) com a mètode per millorar observacions biològiques; i finalment uns resultats preliminars, com a prova de la seva viabilitat, de com un mostreig manual de mostres d’aigua podria ser reemplaçat per maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" amb sensors òptics.Postprint (published version

Design of a digital compression technique for shuttle television

The determination of the performance and hardware complexity of data compression algorithms applicable to color television signals, were studied to assess the feasibility of digital compression techniques for shuttle communications applications. For return link communications, it is shown that a nonadaptive two dimensional DPCM technique compresses the bandwidth of field-sequential color TV to about 13 MBPS and requires less than 60 watts of secondary power. For forward link communications, a facsimile coding technique is recommended which provides high resolution slow scan television on a 144 KBPS channel. The onboard decoder requires about 19 watts of secondary power

Autonomous Vehicles

This edited volume, Autonomous Vehicles, is a collection of reviewed and relevant research chapters, offering a comprehensive overview of recent developments in the field of vehicle autonomy. The book comprises nine chapters authored by various researchers and edited by an expert active in the field of study. All chapters are complete in itself but united under a common research study topic. This publication aims to provide a thorough overview of the latest research efforts by international authors, open new possible research paths for further novel developments, and to inspire the younger generations into pursuing relevant academic studies and professional careers within the autonomous vehicle field

Advances in Sensors, Big Data and Machine Learning in Intelligent Animal Farming

Animal production (e.g., milk, meat, and eggs) provides valuable protein production for human beings and animals. However, animal production is facing several challenges worldwide such as environmental impacts and animal welfare/health concerns. In animal farming operations, accurate and efficient monitoring of animal information and behavior can help analyze the health and welfare status of animals and identify sick or abnormal individuals at an early stage to reduce economic losses and protect animal welfare. In recent years, there has been growing interest in animal welfare. At present, sensors, big data, machine learning, and artificial intelligence are used to improve management efficiency, reduce production costs, and enhance animal welfare. Although these technologies still have challenges and limitations, the application and exploration of these technologies in animal farms will greatly promote the intelligent management of farms. Therefore, this Special Issue will collect original papers with novel contributions based on technologies such as sensors, big data, machine learning, and artificial intelligence to study animal behavior monitoring and recognition, environmental monitoring, health evaluation, etc., to promote intelligent and accurate animal farm management