Assessing dynamic models for high priority waste collection in smart cities

Waste Management (WM) represents an important part of Smart Cities (SCs) with significant impact on modern societies. WM involves a set of processes ranging from waste collection to the recycling of the collected materials. The proliferation of sensors and actuators enable the new era of Internet of Things (IoT) that can be adopted in SCs and help in WM. Novel approaches that involve dynamic routing models combined with the IoT capabilities could provide solutions that outperform existing models. In this paper, we focus on a SC where a number of collection bins are located in different areas with sensors attached to them. We study a dynamic waste collection architecture, which is based on data retrieved by sensors. We pay special attention to the possibility of immediate WM service in high priority areas, e.g., schools or hospitals where, possibly, the presence of dangerous waste or the negative effects on human quality of living impose the need for immediate collection. This is very crucial when we focus on sensitive groups of citizens like pupils, elderly or people living close to areas where dangerous waste is rejected. We propose novel algorithms aiming at providing efficient and scalable solutions to the dynamic waste collection problem through the management of the trade-off between the immediate collection and its cost. We describe how the proposed system effectively responds to the demand as realized by sensor observations and alerts originated in high priority areas. Our aim is to minimize the time required for serving high priority areas while keeping the average expected performance at high level. Comprehensive simulations on top of the data retrieved by a SC validate the proposed algorithms on both quantitative and qualitative criteria which are adopted to analyze their strengths and weaknesses. We claim that, local authorities could choose the model that best matches their needs and resources of each city

Fuel consumption analysis of driven trips with respect to route choice

Advances in technology equip traffic domain with instruments to gather and analyse data for safe and fuel-efficient traveling. In this article, we elaborate on the effects that taxi drivers' route selection has on fuel efficiency. For this purpose, we fuse real driving behaviour data from taxi cabs, weather, digital map, and traffic situation information to gain understanding of how the routes are selected and what are the effects in terms of fuel-efficiency. Analysis of actually driven trips and their quickest and shortest counterparts is conducted to find out the fuel-efficiency consequences on route selection. The judgments are used for developing a fuel-consumption model, exploring further the route characteristics and external factors affecting fuel consumption.Peer reviewe

EXTENDED SPEECH EMOTION RECOGNITION AND PREDICTION

Humans are considered to reason and act rationally and that is believed to be their fundamental difference from the rest of the living entities. Furthermore, modern approaches in the science of psychology underline that humans as a thinking creatures are also sentimental and emotional organisms. There are fifteen universal extended emotions plus neutral emotion: hot anger, cold anger, panic, fear, anxiety, despair, sadness, elation, happiness, interest, boredom, shame, pride, disgust, contempt and neutral position. The scope of the current research is to understand the emotional state of a human being by capturing the speech utterances that one uses during a common conversation. It is proved that having enough acoustic evidence available the emotional state of a person can be classified by a set of majority voting classifiers. The proposed set of classifiers is based on three main classifiers: kNN, C4.5 and SVM RBF Kernel. This set achieves better performance than each basic classifier taken separately. It is compared with two other sets of classifiers: one-against-all (OAA) multiclass SVM with Hybrid kernels and the set of classifiers which consists of the following two basic classifiers: C5.0 and Neural Network. The proposed variant achieves better performance than the other two sets of classifiers. The paper deals with emotion classification by a set of majority voting classifiers that combines three certain types of basic classifiers with low computational complexity. The basic classifiers stem from different theoretical background in order to avoid bias and redundancy which gives the proposed set of classifiers the ability to generalize in the emotion domain space

Cytogenetic complexity in chronic lymphocytic leukemia: definitions, associations and clinical impact

Recent evidence suggests that complex karyotype (CK) defined by the presence of 653 chromosomal aberrations (structural and/or numerical) identified by chromosome banding analysis (CBA) may be relevant for treatment decision-making in chronic lymphocytic leukemia (CLL). However, many challenges towards routine clinical application of CBA remain. In a retrospective study of 5290 patients with available CBA data, we explored both clinicobiological associations and the clinical impact of CK in CLL. We found that patients with 655 abnormalities, defined as high-CK, exhibit uniformly dismal clinical outcome, independently of clinical stage, TP53 aberrations (deletion of chromosome 17p and or TP53 mutations, TP53abs) and the expression of somatically hypermutated (M-CLL) or unmutated (U-CLL) immunoglobulin heavy variable genes (IGHV). Thus, they contrasted CK cases with 3 or 4 aberrations (low-CK and intermediate-CK, respectively) who followed aggressive disease courses only in the presence of TP53abs. At the other end of the spectrum, patients with CK and +12,+19 displayed an exceptionally indolent profile. Building upon CK, TP53abs and IGHV gene somatic hypermutation status, we propose a novel hierarchical model where patients with high-CK exhibit the worst prognosis, while M-CLL lacking CK or TP53abs as well as CK with +12,+19 show the longest overall survival. In conclusion, CK should not be axiomatically considered unfavorable in CLL, representing a heterogeneous group with variable clinical behavior. High-CK with 655 chromosomal aberrations emerges as prognostically adverse, independently of other biomarkers. Prospective clinical validation is warranted before finally incorporating high-CK in risk stratification of CLL

A Smartphone Crowdsensing System Enabling Environmental Crowdsourcing for Municipality Resource Allocation with LSTM Stochastic Prediction

Resource allocation of the availability of certain departments for dealing with emergency recovery is of high importance in municipalities. Efficient planning for facing possible disasters in the coverage area of a municipality provides reassurance for citizens. Citizens can assist with such malfunctions by acting as human sensors at the edge of an infrastructure to provide instant feedback to the appropriate departments fixing the problems. However, municipalities have limited department resources to handle upcoming emergency events. In this study, we propose a smartphone crowdsensing system that is based on citizens’ reactions as human sensors at the edge of a municipality infrastructure to supplement malfunctions exploiting environmental crowdsourcing location-allocation capabilities. A long short-term memory (LSTM) neural network is incorporated to learn the occurrence of such emergencies. The LSTM is able to stochastically predict future emergency situations, acting as an early warning component of the system. Such a mechanism may be used to provide adequate department resource allocation to treat future emergencies

Mobility Prediction Based on Machine Learning

Mobile applications are required to operate in highly dynamic pervasive computing environments of dynamic nature and predict the location of mobile users in order to act proactively. We focus on the location prediction and propose a new model/framework. Our model is used for the classification of the spatial trajectories through the adoption of Machine Learning (ML) techniques. Predicting location is treated as a classification problem through supervised learning. We perform the performance assessment of our model through synthetic and real-world data. We monitor the important metrics of prediction accuracy and training sample size

Advanced location prediction techniques in mobile computing

CONTEXT-AWARENESS IS VIEWED AS ONE OF THE MOST IMPORTANT ASPECTS IN THE EMERGING PERVASIVE COMPUTING PARADIGM. MOBILE CONTEXT-AWARE APPLICATIONS ARE REQUIRED TO SENSE AND REACT TO CHANGING ENVIRONMENT CONDITIONS. SUCH APPLICATIONS, USUALLY, NEED TO RECOGNIZE, CLASSIFY AND PREDICT CONTEXT IN ORDER TO ACT EFFICIENTLY, BEFOREHAND, FOR THE BENEFIT OF THE USER. FIRSTLY, WE PROPOSE AN EFFICIENT SPATIAL CONTEXT CLASSIFIER AND A SHORT-TERM PREDICTOR FOR THE FUTURE LOCATION OF A MOBILE USER IN CELLULAR NETWORKS. WE INTRODUCE DIFFERENT VARIANTS OF THE CONSIDERED LOCATION PREDICTOR DEALING WITH LOCATION (CELL) IDENTIFIERS AND DIRECTIONS. SYMBOLIC LOCATION CLASSIFICATION IS TREATED AS A SUPERVISED LEARNING PROBLEM. WE EVALUATE THE PREDICTION EFFICIENCY AND ACCURACY OF THE PROPOSED PREDICTORS THROUGH SYNTHETIC AND REAL-WORLD TRACES. SECONDLY, WE PROPOSE A NOVEL ADAPTIVE MOBILITY PREDICTION ALGORITHM, WHICH DEALS WITH LOCATION CONTEXT REPRESENTATION AND TRAJECTORY PREDICTION OF MOVING USERS. MACHINE LEARNING (ML) IS USED FOR TRAJECTORY CLASSIFICATION. OUR ALGORITHM ADOPTS SPATIAL AND TEMPORAL ON-LINE CLUSTERING, AND RELIES ON ADAPTIVE RESONANCE THEORY (ART) FOR TRAJECTORY PREDICTION. THE PROPOSED ALGORITHM APPLIES A HAUSDORFF-LIKE DISTANCE OVER THE EXTRACTED TRAJECTORIES HANDLING LOCATION PREDICTION. SINCE OUR APPROACH IS TIME-SENSITIVE, THE HAUSDORFF DISTANCE IS CONSIDERED MORE ADVANTAGEOUS THAN A SIMPLE EUCLIDEAN NORM. TWO LEARNING METHODS (NON-REINFORCEMENT AND REINFORCEMENT LEARNING) ARE PRESENTED AND EVALUATED. THIRDLY, WE PROPOSE A SHORT-MEMORY ADAPTIVE LOCATION PREDICTOR THAT REALIZES MOBILITY PREDICTION IN THE ABSENCE OF EXTENSIVE HISTORICAL MOBILITY INFORMATION. OUR PREDICTOR IS BASED ON A LOCAL LINEAR REGRESSION MODEL, WHILE ITS ADAPTATION CAPABILITY IS ACHIEVED THROUGH A FUZZY CONTROLLER. SUCH FUZZY CONTROLLER CAPITALIZES ON AN APPROPRIATE SIZE OF HISTORICAL MOBILITY INFORMATION IN ORDER TO MINIMIZE THE LOCATION PREDICTION ERROR AND PROVIDE FAST ADAPTATION TO ANY DETECTED MOVEMENT CHANGE. OUR PREDICTION EXPERIMENTS PERFORMED WITH REAL GPS DATA.FOURTHLY, WE ASSUME THE EXISTENCE OF A PATTERN BASE AND TRY TO COMPARE THE MOVEMENT PATTERN OF A CERTAIN USER WITH STORED INFORMATION IN ORDER TO PREDICT FUTURE LOCATIONS. A CONVENTIONAL PREDICTION SCHEME WOULD SUFFER FROM POTENTIAL NOISE IN MOVEMENT PATTERNS. SUCH NOISE (POSSIBLY MANIFESTED AS SMALL - RANDOM DEVIATIONS FROM PREVIOUSLY SEEN PATTERNS) (A) NEGATIVELY IMPACTS THE PREDICTION CAPABILITY OF THE CLASSIFICATION SYSTEM AND (B) DRIVES THE BASE TO STATE SPACE EXPLOSION. WE TRY TO ALLEVIATE SUCH SHORTCOMINGS THROUGH THE USE OF OPTIMAL STOPPING THEORY AND THE INTRODUCTION OF A VERY SPECIFIC MOVEMENT PREDICTION WORK–FLOW. OPTIMAL STOPPING THEORY RELAXES THE CLASSIFICATION TASK SO THAT SLIGHTLY DIFFERENT PATTERNS CAN BE TREATED AS EQUIVALENT. MOREOVER, THE UNDERLYING PATTERN BASE IS KEPT AS ‘CLEAN’ AND CONCISE AS POSSIBLE BY RETAINING THOSE PATTERNS WITH LIMITED SPATIAL VARIANCE. OUR FINDINGS, COMPARED WITH OTHER SCHEMES, ARE VERY PROMISING FOR THE LOCATION PREDICTION PROBLEM AND THE ADOPTION OF PROACTIVE CONTEXT-AWARE APPLICATIONS AND SERVICES.Η επίγνωση-πλαισίου εμφανίζεται ως μία από τις πιο σημαντικές πτυχές στο αναδυόμενο περιβάλλον του διάχυτου υπολογισμού. Απαιτούνται κινητές εφαρμογές επίγνωσης πλαισίου για την αίσθηση και την αντίδραση σε συνθήκες μεταβαλλόμενου περιβάλλοντος. Τέτοιες εφαρμογές, συχνά, χρειάζεται να αναγνωρίζουν, να ταξινομούν και να προβλέπουν το πλαίσιο με σκοπό να δρουν αποδοτικά, εκ των προτέρων, προς όφελος του χρήστη. Πρώτον, προτείνουμε έναν αποδοτικό ταξινομητή χωρικού πλαισίου και έναν βραχείας-μνήμης προγνώστη για την μελλοντική θέση ενός κινητού χρήστη σε κυψελωτά δίκτυα. Εισάγουμε διαφορετικές παραλλαγές του προτεινόμενου προγνώστη θέσης που χρησιμοποιούν θέση (κυψέλη) και κατεύθυνση. Η ταξινόμηση συμβολικής θέσης αντιμετωπίζεται ως ένα πρόβλημα εποπτευόμενης μάθησης. Αξιολογούμε την απόδοση πρόβλεψης και την ακρίβεια των προτεινόμενων προγνωστών μέσω συνθετικών και πραγματικών ιχνών.Δεύτερον, προτείνουμε έναν καινοτόμο προσαρμοστικό αλγόριθμο, ο οποίος χειρίζεται το πλαίσιο αναπαράστασης θέσης και την πρόβλεψη τροχιών των κινούμενων χρηστών. Ο αλγόριθμος μας υιοθετεί χωρική και χρονική on-line ομαδοποίηση, και βασίζεται στην Θεωρία Προσαρμοστικού Συντονισμού (ART) για την πρόβλεψη τροχιάς. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόζει την Hausdorff απόσταση πάνω στις τροχιές για τον χειρισμό της πρόβλεψης θέσης. Δεδομένου ότι η προσέγγιση μας είναι χρονικά-ευαίσθητη, η απόσταση Hausdorff θεωρείται πιο κατάλληλη από ότι η Ευκλείδεια απόσταση. Δύο μέθοδοι εκμάθησης παρουσιάζονται και αξιολογούνται (η μη-ενισχυτική και η ενισχυτική μάθηση).Τρίτον, προτείνουμε έναν βραχείας-μνήμης προσαρμοστικό προγνώστη θέσης που χειρίζεται την πρόβλεψη υπό την απουσία ιστορικής κινητής πληροφορίας. Ο προγνώστης μας βασίζεται σε ένα μοντέλο τοπικής γραμμικής παλινδρόμησης, ενώ η ικανότητα του να προσαρμόζεται επιτυγχάνεται μέσω ενός ασαφούς ελεγκτή. Ο ασαφής ελεγκτής αξιοποιεί το κατάλληλο μέγεθος της ιστορικής πληροφορίας κίνησης με σκοπό να ελαχιστοποιήσει το σφάλμα πρόβλεψης και να παρέχει γρήγορη προσαρμογή σε κάθε ανιχνευόμενη αλλαγή κίνησης. Τα πειράματα μας έγιναν με πραγματικά GPS ίχνη.Τέταρτον, υποθέτουμε μία βάση προτύπων και προσπαθούμε να συγκρίνουμε το πρότυπο κίνησης ενός χρήστη με την αποθηκευμένη πληροφορία με σκοπό να προβλέψουμε μελλοντικές θέσεις. Μία συμβατική μέθοδος πρόβλεψης θα είχε μειωμένη απόδοση λόγω του θορύβου. Αυτός ο θόρυβος (α) επιδρά αρνητικά στην ικανότητα πρόβλεψης και (β) οδηγεί τη βάση σε μεγάλη αύξηση χωρητικότητας. Προσπαθούμε να ξεπεράσουμε αυτά τα προβλήματα μέσω της χρήσης της Θεωρίας Βέλτιστης Παύσης. Η συγκεκριμένη θεωρία χαλαρώνει την διαδικασία της ταξινόμησης έτσι ώστε ελαφρώς διαφορετικά πρότυπα να αντιμετωπίζονται σαν όμοια. Επιπρόσθετα, η βάση γνώσης διατηρείται αρκετά «καθαρή» διατηρώντας τα πρότυπα με την ελάχιστη χωρική διακύμανση.Τα συμπεράσματά μας, συγκρινόμενα με άλλα σχήματα, είναι πολύ ελπιδοφόρα για το πρόβλημα της πρόβλεψης θέσης

Chemical composition and interfacial structure of four silane porcelain repair primers

The experimental part of this study was performed in co-operation with the Quality Control Section of the Research Center for Biomaterials, Athens Greece. Acrylic, composite or porcelain veneering of dental alloys has been for many years the choice for esthetic prosthetic restorations. Despite the development of improved materials, veneer fractures or delamination is still a clinical problem.During the last decade silanes were introduced as the most effective coupling agents for the chairside repair of failed porcelain and acrylic veneers. Most of the studies performed on silanes as repair materials have been focused on the interfacial strength of composite resin repairs on porcelain alloys. However, the obtained results are contradictory to support the efficiency of specific products. Besides, the bond strength studies alone can not establish the existance of chemical bonding at the interface, since they are influenced by a great number of variables. Also, thereaction mechanism can not be predicted if the detailed composition of the products is unknown. The purpose of this study was : a) to investigate the chemical composition of a series of representative silane products for porcelain repair. b) to evaluate the interfacial topography and integrity of the interfaces between silane treated porcelain alloys, repaired with composite resins.c) to assess the effect of the type of the metal substrate on the activity of the silane primer.The silane products used in the study were two prehydrolyzed (Kerr Ceramic Primer, Scotchprime) and two of immediate hydrolyzation (Enamelite 500, Silanit). These silane primers were tested on three representative types of porcelain alloys, an Au-Pt (Argen 8), a Hi-Pd (Argipal) and a Ni-Cr (T3). The analytical methodology included : I) determination of the composition of the silanes utilizing Ή-ΡΓ NMR spectroscopy on a 400 MHz instrument. II) assessement of the activity of silanol -OH groups in the prehydrolyzed materials by Ή-ΡΓ NMR and the D2 0 technique. III) scanning electron microscopy and electron probe microanalysis of the alloy-composite and porcelain-composite repaired interfaces, with intermediate silane layers. IV) x-ray photelectron spectroscopic (ESCA) investigation of the alloys treated with a thin silane layer from each silane product. The ESCA analyses were conducted on a small area mode. Depth profiling was performed to investigate the uppermost 20 Â layer at 10 Â intervals. According to the results obtained from the study:- all the silane products contain the same active substance γ-methacryloxypropyltrimethoxysilanol for the prehydrolyzed and γ-methacryloxypropyltrimetfhoxysilane for the immediately hydrolyzed.- the concentration of the active silanol for the prehydrolyzed silanes was found 0.88% for Kerr Ceramic Primer and 5.09% for Scotchprime. - the dilutors were ethanol (Kerr Ceramic Primer, Scotchprime) and isopropanol (Enamelilte 500, Silanit). - scotchprime and Enamelite 500 contain additionally acetic acid while Enamelite 500 also contains a Bis-GMA resin. - the prehydrolyzed products have active -OH groups for adsorption. - an improved transitional zone was detected at the alloy-composite and porcelaincomposite interface treated with Enamelite 500, Kerr Ceramic Primer and Silanit, compared to the control where no silane was used. - the orientation of the silanol groups towards the alloy surface was enhanced in the Hi-Pd and especially in the Ni-Cr alloy, indicating greater bonding potential of the silane primers with these alloys.Ο συνδυασμός αισθητικών υλικών (σύνθετες ρητίνες, κεραμικές μάζες) με υπόστρωμα κράματος αποτελεί εδώ και πολλά χρόνια την συνήθη μέθοδο για τις προσθετικές αποκαταστάσεις. Παρά τις βελτιώσεις όμως που υφίστανται τα υλικά αυτά δεν παύουν να συμβαίνουν θραύσεις ή αποκολλήσεις των αισθητικών επικαλύψεων. Τα τελευταία χρόνια για την αντιμετώπιση των θραύσεων ή αποκολλήσεων των επικαλύψεων των προσθετικών αποκαταστάσεων χρησιμοποιούνται τελευταία τα σιλάνια. Οι σχετικές έρευνες έχουν εστιαστεί στη μελέτη της αντοχής των μεσοφάσεων σύνθετης ρητίνης με κράμα και πορσελάνη. Τα αποτελέσματα όμως των ερευνών σχετικά με τις δυνατότητεςτων σιλανίων είναι αντιφατικά. Εξ' άλλου δεν είναι δυνατόν να. αποδειχθεί η ανάπτυξη δεσμού στη μεσόφαση, μόνο απο δοκιμασίες αποκόλλησης διότι η χημική δομή και ο τρόπος δράσης των σιλανίων σε υπόστρωμα κράματος και πορσελάνης δεν έχουν διερευνηθεί. Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν: 1. η διερεύνηση της χημικής δομής τεσσάρων σιλανιούχων σκευασμάτων επιδιόρθωσης θραυσμένων κεραμικών επικαλύψεων, 2. η μελέτη της μεσόφασης σύνθετης ρητίνης με πορσελάνη και κράματα μετά την παρεμβολή ενδιάμεσου στρώματος σιλάνιου, 3. η διερεύνηση της επίδρασης του τύπου του σιλανίου και του τύπου του υποστρώματος στην δυνατότητα συγκόλλησης. Τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη ήταν δυο προϋδρολυμένα σιλάνια (Kerr Ceramic Primer - Scotchprime) και δυο σιλάνια άμεσης υδρόλυσης (Silanit, Enamelite 500), τρία κράματα (κράμα Au-Pt, κράμα υψηλής περιεκτικότητας σε παλλάδιο και κράμα Ni-Cr) και πορσελάνη. Για την διερεύνηση της χημικής δομής των σιλανίων χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (FT-NMR). Η μελέτη της μεσόφασης έγινε με μικροαναλυτή ακτίνων-x (ΕΡΜΑ) ενώ η διερεύνηση της επίδρασης του τύπου του σιλάνιου στους τρεις τύπους κράμα έγινε με φωτοηλεκτρονική φασματοσκοπία ακτίνων-χ (ESCA). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων και η μελέτη της μεσόφασης οδήγησαν στα παρακάτω συμπεράσματα. - Τα σιλανιούχα σκευάσματα περιέχουν την ίδια ενεργή ουσία η οποία στα προϋδρολυμένα είναι γ-μεθακρυλοξυπροπυλτριμεθοξυσιλανόλη ενώ στα σκευάσματα άμεσης υδρόλυσης είναι γ-μεθακρυλοξυπροπυλτριμεθοξυσιλάνιο. - Η περιεκτικότητα των προϋδρολυμένων σκευασμάτων (Kerr Ceramic Primer και Scotchprime) ήταν 0.88% και 5.09% αντίστοιχα. - Ο διαλύτης στα προϋδρολυμένα σκευάσματα είναι αιθανόλη ενώ στα σκευάσματα άμεσης υδρόλυσης είναι ισοπροπανόλη. Στα σκευάσματα Scotchprime και Enamelite 500 ανιχνεύτηκε οξικό οξύ ενώ το σκεύασμα Enamelite 500 περιέχει επιπλέον ρητίνη του τύπου Bis-GMA. - Το εύρος των μεσοφασικών ρωγμώσεων της σύνθετης ρητίνης με κράματα και πορσελάνη ελαττώθηκε με την παρεμβολή των σκευασμάτων Kerr Ceramic Primer, Silanit, Enamelite 500 ενώ δεν επηρεάστηκε από την παρεμβολή του σκευάσματος Scotchprime. - Ο προσανατολισμός των σιλανολών είναι καλύτερος στο κράμα υψηλής περιεκτικότητας σε παλλάδιο και κυρίως στο κράμα Ni-Cr