MonitorMe: sistema de reconhecimento de atividades baseado em Android

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaA monitorização de uma pessoa pode ser importante em várias situações do dia-a-dia. Um modo de monitorização é a identificação de atividades realizadas. Atualmente, vários sensores potencialmente úteis para o reconhecimento de atividades, são integrados em dispositivos móveis, o que os torna particularmente interessantes para este tipo de monitorização. Uma forma complementar de monitorização é a utilização da gravação de um vídeo do ambiente que rodeia a pessoa a ser monitorizada. No entanto, dado o tamanho elevado dos vídeos para transmissão por canais sem fios ou mesmo para gravação no dispositivo, torna-se necessário atuar na compressão e redução da informação associada. Uma forma de o conseguir é adaptar a cadência de imagens adquiridas à velocidade da pessoa que está ser monitorizada. Nesta dissertação é proposto um sistema de monitorização online, chamado MonitorMe, que permite o reconhecimento de atividades e a gravação de um vídeo do ambiente envolvente de uma pessoa. Este sistema inclui um smartphone Android, mantido num bolso de camisa, e um módulo MARG (Magnetic, Angular Rate and Gravity), colocado num bolso das calças. Foi desenvolvida uma aplicação para o smartphone, que obtém dados dos sensores integrados em ambos os dispositivos para a realização do reconhecimento online de 6 atividades diferentes (em pé, sentado, deitado, andar, correr e queda). Este reconhecimento é conseguido utilizando um algoritmo de baixo custo computacional, cujo desenvolvimento teve em consideração as restrições relativas à capacidade de processamento e à duração da bateria dos telemóveis. Paralelamente ao reconhecimento de atividades, a câmara do smartphone captura imagens com uma cadência que varia com a velocidade do utilizador, esta última estimada a partir dos dados dos sensores processados para o reconhecimento de atividades. Demonstra-se assim a possibilidade de, com baixo custo computacional, diminuir a largura de banda de transmissão ou o armazenamento no dispositivo móvel. O sistema MonitorMe foi treinado e depois testado com dados obtidos em duas experiências envolvendo 10 pessoas, num total de 440 eventos diferentes com uma duração total de 45 minutos (2/3 usados para treino e 1/3 para teste). Os resultados globais obtidos mostraram uma sensibilidade superior a 93% e uma especificidade superior a 98% para o reconhecimento de atividades, e um erro médio relativo de 8.6% para a estimativa de velocidade.The monitoring of a given person can be important in different day-to-day scenarios. Monitoring can be performed by detecting activities while being carried out. Presently, various sensors with potential for activity recognition are being included in mobile devices, so they are particularly interesting for this type of monitoring. A complementary way of monitoring consists in the use of a video recording of the subject’s surrounding environment. However, given the large size of the videos for transmission through wireless links or even for storage in the device, it is necessary to compress and reduce the corresponding information. This can be achieved by adapting the frame rate of the captured images to the speed of the user being monitored. In this dissertation an online monitoring system, MonitorMe, which performs activity recognition and video recording of the surrounding environment of a subject, is proposed. This system includes an Android smartphone, inserted in a shirt pocket, and an MARG (Magnetic, Angular Rate and Gravity) module, placed in a pants pocket. A smartphone application was developed, which collects data from the sensors integrated in both devices to perform the online recognition of 6 different activities (standing, sitting, lying, walking, running and fall). This was achieved by using an algorithm of low computational cost, which took into account the existing restrictions regarding processing power and battery life of mobile phones. In parallel with activity recognition, the smartphone camera captures images with a frame rate that varies with the user speed, the latter estimated from sensor data processed for activity recognition. This demonstrates the possibility of reducing the required transmission bandwidth or the storage in the mobile device, with a low computational cost. The MonitorMe system was trained and then tested using data collected in two experiments with a participation of 10 subjects, which resulted in a total of 440 different events with a total duration of 45 minutes (2/3 used for training and 1/3 for testing). The overall results have shown a sensibility greater than 93% and a specificity greater than 98% for activity recognition, and an average relative error of 8.6% for speed estimation

Sistema para análise automatizada de movimento durante a marcha usando uma câmara RGB-D

Nowadays it is still common in clinical practice to assess the gait (or way of walking) of a given subject through the visual observation and use of a rating scale, which is a subjective approach. However, sensors including RGB-D cameras, such as the Microsoft Kinect, can be used to obtain quantitative information that allows performing gait analysis in a more objective way. The quantitative gait analysis results can be very useful for example to support the clinical assessment of patients with diseases that can affect their gait, such as Parkinson’s disease. The main motivation of this thesis was thus to provide support to gait assessment, by allowing to carry out quantitative gait analysis in an automated way. This objective was achieved by using 3-D data, provided by a single RGB-D camera, to automatically select the data corresponding to walking and then detect the gait cycles performed by the subject while walking. For each detected gait cycle, we obtain several gait parameters, which are used together with anthropometric measures to automatically identify the subject being assessed. The automated gait data selection relies on machine learning techniques to recognize three different activities (walking, standing, and marching), as well as two different positions of the subject in relation to the camera (facing the camera and facing away from it). For gait cycle detection, we developed an algorithm that estimates the instants corresponding to given gait events. The subject identification based on gait is enabled by a solution that was also developed by relying on machine learning. The developed solutions were integrated into a system for automated gait analysis, which we found to be a viable alternative to gold standard systems for obtaining several spatiotemporal and some kinematic gait parameters. Furthermore, the system is suitable for use in clinical environments, as well as ambulatory scenarios, since it relies on a single markerless RGB-D camera that is less expensive, more portable, less intrusive and easier to set up, when compared with the gold standard systems (multiple cameras and several markers attached to the subject’s body).Atualmente ainda é comum na prática clínica avaliar a marcha (ou o modo de andar) de uma certa pessoa através da observação visual e utilização de uma escala de classificação, o que é uma abordagem subjetiva. No entanto, existem sensores incluindo câmaras RGB-D, como a Microsoft Kinect, que podem ser usados para obter informação quantitativa que permite realizar a análise da marcha de um modo mais objetivo. Os resultados quantitativos da análise da marcha podem ser muito úteis, por exemplo, para apoiar a avaliação clínica de pessoas com doenças que podem afetar a sua marcha, como a doença de Parkinson. Assim, a principal motivação desta tese foi fornecer apoio à avaliação da marcha, permitindo realizar a análise quantitativa da marcha de forma automatizada. Este objetivo foi atingido usando dados em 3-D, fornecidos por uma única câmara RGB-D, para automaticamente selecionar os dados correspondentes a andar e, em seguida, detetar os ciclos de marcha executados pelo sujeito durante a marcha. Para cada ciclo de marcha identificado, obtemos vários parâmetros de marcha, que são usados em conjunto com medidas antropométricas para identificar automaticamente o sujeito que está a ser avaliado. A seleção automatizada de dados de marcha usa técnicas de aprendizagem máquina para reconhecer três atividades diferentes (andar, estar parado em pé e marchar), bem como duas posições diferentes do sujeito em relação à câmara (de frente para a câmara e de costas para ela). Para a deteção dos ciclos da marcha, desenvolvemos um algoritmo que estima os instantes correspondentes a determinados eventos da marcha. A identificação do sujeito com base na sua marcha é realizada usando uma solução que também foi desenvolvida com base em aprendizagem máquina. As soluções desenvolvidas foram integradas num sistema de análise automatizada de marcha, que demonstrámos ser uma alternativa viável a sistemas padrão de referência para obter vários parâmetros de marcha espácio-temporais e alguns parâmetros angulares. Além disso, o sistema é adequado para uso em ambientes clínicos, bem como em cenários ambulatórios, pois depende de apenas de uma câmara RGB-D que não usa marcadores e é menos dispendiosa, mais portátil, menos intrusiva e mais fácil de configurar, quando comparada com os sistemas padrão de referência (múltiplas câmaras e vários marcadores colocados no corpo do sujeito).Programa Doutoral em Informátic

OptimModels: a framework for strain optimization using kinetic models

Book of Abstracts of CEB Annual Meeting 2017Mathematical models have been applied to represent the complexity of cellular metabolism over the last decades. Two types of mathematical models are used for this purpose: kinetic and stoichiometric models. The reconstruction of kinetic metabolic models, however, is a complex task due to the difficulty in obtaining detailed information of enzyme kinetics. Despite the early stage of their development, when compared with the stoichiometric metabolic models, kinetic models have already proven their capability to improve phenotype predictions and consequently more precise in silico strain design approaches [1]. One of the goals of Metabolic Engineering is the identification of genetic manipulations that will result in a microbial strain with a high yield/productivity of the desirable compound. This task can be reached using optimization algorithms based on metaheuristic approaches, such as Evolutionary Algorithms [2]. Although they do not guarantee the convergence to the best solution, these algorithms require relatively low computational time and provide a family of optimal or sub-optimal solutions that can be further inspected to select the most promising ones. Moreover, they allow the implementation of flexible objective functions and multi-objective design, and are easily parallelizable. In this work, we developed a python package, named optimModels, which implements strain design methods based on Evolutionary Algorithms, using large-scale kinetic models as input. Our case study uses two of the published kinetic metabolic models for Escherichia coli, proposed by Chassagnole and co-workers in 2002, and Jahan and co-workers in 2016. We selected the maximization of serine and succinate production as objective functions and applied two different approaches, knockouts and under/over expression of enzymes, for strain design. Preliminary results show that the framework presented here can be used for in silico strain design with kinetic metabolic models by finding the combination of genes to be knockout or/and their optimal levels of up/down-regulation.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Identificação dos impactes ambientais resultantes da implementação do "Festival Internacional de Jardins" de Ponte de Lima

Dissertação de mestrado em Agricultura Biológica, apresentada à Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico de Viana do CasteloOs espaços verdes são locais com elevado interesse, que garantem benefícios sociais, económicos e ambientais vários. Estes benefícios impulsionam vários municípios a dinamizar Festivais de Jardins, entre os quais se encontra o município de Ponte de Lima, que empreende o seu Festival desde 2005. Para que este tipo de eventos sejam ambientalmente sustentáveis, é necessário que se adotem medidas adequadas ao nível da conceção dos espaços criados, construção e manutenção. O presente estudo procurou identificar os principais impactes ambientais do Festival Internacional de Jardins de Ponte de Lima, desde a edição de 2005 até à de 2015. Sistematizaram-se todos os dados referentes às edições mencionadas, no que se refere aos participantes, países envolvidos, materiais inertes e espécies vegetais adotados na construção, assim como aspetos relacionadas com a sua manutenção e gestão. Realizaram-se ainda inquéritos aos visitantes da edição de 2015, de forma a perceber a sua sensibilidade para as questões relacionadas com a sustentabilidade dos espaços verdes. Para perceber os impactes no ambiente decorrentes da implementação do evento efetuou-se um estudo de análise da água utilizada na rega, e a análise da qualidade dos solos, quer na área onde decorre o evento, quer em zonas contíguas, de forma a comparar o efeito da utilização intensiva do solo. A grande projeção deste evento, e o interessasse que os diversos projetos das equipas concorrentes de todo o mundo têm na mobilização de turistas para Ponte de Lima e para a região, são evidenciados pelo número de visitantes do festival que tem vindo a aumentar, passando de 60 mil visitantes no ano de 2005 para 105 mil, no ano de 2014. Os resultados obtidos mostram que ao longo das XI edições do FIJPL participaram equipas de 17 países de diferentes continentes. Portugal é naturalmente o país com maior número de participantes, seguindo-se as equipas oriundas de Espanha. As candidaturas de equipas da Áustria, Itália e França representam cerca de metade das Espanholas, existindo participações pontuais do Japão, Canadá e Dinamarca. No que respeita às plantas utilizadas na construção dos jardins, conclui-se que apenas nas três primeiras edições foram utilizadas mais espécies autóctones. Foi evidenciado que a partir da VI edição a maioria dos autores passou a dar menos importância às espécies autóctones, privilegiando claramente a utilização de espécies exóticas (50- 100% das espécies utilizadas). Os resultados dos inquéritos realizados na edição 2015 mostraram que os visitantes são sensíveis às questões relacionadas com a sustentabilidade ambiental dos espaços verdes, identificando e utilizando este conceito. Os resultados das análises de solo indicam que os valores do pH da maioria dos canteiros estão dentro dos valores favoráveis para a maioria das culturas, sendo o teor de matéria orgânica, na maioria dos canteiros alto ou muito alto. Os teores de macronutrientes também são na maioria dos canteiros adequados às culturas. Os resultados dos micronutrientes, alguns dos quais metais pesados, estão dentro dos valores admissíveis para solos, não se registando valores que possam ser considerados poluentes. No que respeita à água de rega, concluiu-se que todos os parâmetros analisados se situam dentro dos valores paramétricos, sendo portanto utilizável para rega. Os resultados da avaliação da diversidade metabólica de comunidades microbianas dos solos, dos canteiros da XI edição do FIJPL, mostraram que a avaliação da diversidade funcional e os índices S, H, E foram suficientemente sensíveis para revelar variações nos perfis fisiológicos das comunidades microbianas dos diferentes canteiros do FIJPL. Conclui-se que os indicadores S, H e E obtidos na Zona de Lazer e em alguns canteiros do FIJPL são idênticos, mostrando que apesar de estarem sujeitos a vegetação e práticas de manutenção diferentes, têm comunidades microbiológicas com perfis metabólicos idênticos. Os resultados obtidos, não permitiram clarificar a influência das práticas agrícolas, das técnicas de construção dos jardins e das espécies vegetais utilizadas ao longo dos anos num mesmo canteiro, sobre as comunidades microbianas do solo, mas evidenciam que algumas comunidades se adaptaram aos diferentes ambientes a que foram sujeitos. Será importante realizar uma análise mais aprofundada da comunidade microbiana e das suas funções, para ajudar a compreender melhor os mecanismos pelos quais a comunidade microbiana modula as diferenças encontradas entre os canteiros do FIJPL, pelo que novos estudos serão necessários, utilizando metodologias complementares de análise das comunidades microbianas, incluindo técnicas moleculares.Green spaces are places of great interest, ensuring social, economic and various environments. These benefits drive several municipalities streamline Gardens Festivals, among which is the town of Ponte de Lima, who undertakes its Festival since 2005. For this type of events are environmentally sustainable, it is necessary to adopt appropriate measures at the level the design of the spaces created, construction and maintenance. This study sought to identify the main environmental impacts of the International Festival of Ponte de Lima Gardens, from the 2005 to 2015. The data of all editions were evaluated, in relation to the participants, countries involved, inert materials and plant species adopted in the construction, as well as aspects related to its maintenance and management. It took place even questionnaries 2015 edition of the visitors, in order to understand its sensitivity to issues relating to the sustainability of green spaces. To understand the impact on the environment resulting from the implementation of the event was made a water analysis study used in irrigation, and the analysis of soil quality, whether in the area where the event takes place, or in adjacent areas, in order to compare the effect of intensive land use. The large projection of this event, and interested that the various projects of the competing teams from around the world have the mobilization of tourists to Ponte de Lima and the region, are evidenced by the number of festival visitors has been increasing, from 60000 visitors in 2005 to 105,000 in 2014. The results show that over the XI FIJPL issues involving teams from 17 countries from different continents. Portugal is of course the largest number of participants, followed by the teams from Spain. Applications teams from Austria, Italy and France account for about half of the Spanish, and there are specific investments from Japan, Canada and Denmark. About the plants used in the construction of gardens, it is concluded that only the first three editions were used more native species. It was shown that from the sixth edition most authors started to give less importance to native species, clearly favoring the use of exotic species (50-100% of the species used). The results of the questionnaries conducted in 2015 edition showed that visitors are sensitive to issues related to the environmental sustainability of green spaces, identifying and using this concept. Results of soil analyzes indicate that pH-values of most sites are within the favorable values for most cultures, and the organic matter content in most high or very high sites. macronutrients content are also the most suitable sites to crops. The results of micronutrients, some of which heavy metals are within the allowable values for soil, which does not values that may be considered pollutants. With regard to irrigation water, it was concluded that all parameters are within the parametric values and are therefore suitable for irrigation. The results of the metabolic diversity microbial communities in the soil, the flower beds of the XI edition of FIJPL showed that the assessment of the functional diversity and the indices S, H, and were sensitive enough to reveal variations in physiological profiles of microbial communities of different flower beds. We conclude that the S indicators, H and E obtained in the Leisure Zone and in some flower beds are identical, showing that despite being subject to different vegetation and maintenance practices have microbiological communities with similar metabolic profiles. The results did not allow to clarify the influence of agricultural practices, construction techniques of the gardens and plant species used over the years in the same flower bed, on the microbial communities in the soil, but show that some communities adapted to different environments which they have been subjected. It will be important to conduct further analysis of the microbial community and its functions, to help better understand the mechanisms by which microbial community modulates the differences between the flower beds, so further studies will be needed, using complementary methodologies of analysis of microbial communities, including molecular techniques

A new competitive implementation of the electromagnetism-like algorithm for global optimization

The Electromagnetism-like (EM) algorithm is a population- based stochastic global optimization algorithm that uses an attraction- repulsion mechanism to move sample points towards the optimal. In this paper, an implementation of the EM algorithm in the Matlab en- vironment as a useful function for practitioners and for those who want to experiment a new global optimization solver is proposed. A set of benchmark problems are solved in order to evaluate the performance of the implemented method when compared with other stochastic methods available in the Matlab environment. The results con rm that our imple- mentation is a competitive alternative both in term of numerical results and performance. Finally, a case study based on a parameter estimation problem of a biology system shows that the EM implementation could be applied with promising results in the control optimization area.Acknowledgments This work has been supported by FCT (Funda¸c˜ao para a Ciˆencia e Tecnologia, Portugal) in the scope of the project PEst-UID/CEC/00319/2013

A comparative analysis of dynamic models of the central carbon metabolism of Escherichia coli

Abstract: Dynamic models of metabolism have been developed for a variety of systems and can be applied in metabolic engineering design and to understand the time-varying characteristics of the systems when exposed to different stimuli. Hereby we analyse and compare the most used and complete kinetic models available for the central carbon metabolism of E. coli. Stoichiometric and kinetic comparisons showed several differences, discrepancies and incoherence especially regarding the kinetic mechanisms assumed, parameters and units. Time course and steady-state simulations and also comparison with an experimental dataset put in evidence major differences regarding responses to the same stimulus. The results presented raise important questions regarding the need of using standard methodologies in dynamic model construction as well as in using experimental data for model validation.The authors thank the project “Dynamics”, Ref. ERA-IB2/0002/2014, funded by national funds through FCT/MCTES. This study was also supported by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) under the scope of the strategic funding of UID/BIO/04469/2013 unit and COMPETE 2020 (POCI-01-0145-FEDER-006684)

Novas abordagens na intervenção do técnico de anatomia patológica em comunidades escolares

Introdução: Atualmente, o consumo abusivo de álcool nos jovens inicia-se precocemente. Todavia, os problemas de saúde e os comportamentos de risco associados podem ser prevenidos ou reduzidos através de programas escolares efetivos. Neste contexto, os Técnicos de Anatomia Patológica (TAP), podem contribuir para proporcionar conhecimentos que promovam estilos de vida saudáveis. Objetivos: Procurou-se perceber o papel do TAP na promoção de comportamentos saudáveis nos alunos de 9º ano dos Agrupamentos de Escolas da Portela e Moscavide e Visconde Juromenha e, posteriormente, como pode o reforço dos conhecimentos relacionados com o álcool potenciar a adoção de estilos de vida saudáveis. Métodos: Aferiram-se, através de questionário, as práticas de consumo, crenças relativas ao álcool e conhecimentos dos alunos sobre as repercussões no organismo. O questionário foi aplicado ao Grupo de Estudo (GE), após a ministração de uma ação de informação e esclarecimento (AIE), e ao Grupo de Controlo (GC), sem a participação na ação. Resultados e Discussão: Verificou-se um score médio de 48,8% para o GE e de 46,2% para o GC. A diferença entre GE e GC apenas foi estatisticamente significativa no Agrupamento de Escolas da Portela e Moscavide, onde a AIE conduziu a um aumento do nível de conhecimentos. Conclusões: A intervenção do TAP nas escolas permite, através de AIE’s com abordagens práticas, uma maior retenção de informação. Os conhecimentos teóricos aliados à prática permitem que os adolescentes desenvolvam uma perceção informada sobre os impactos do álcool na saúde contribuindo para determinar a adoção de estilos de vida saudáveis

Desenvolvimento de um novo processo de branqueamento de fibras de origem proteica utilizando ozono como agente oxidante

Estágio realizado na CeNTI - Centro de Nanotecnologia e Materiais Técnicos, Funcionais e Inteligentes e orientado pelo Doutora Carla Joana da SilvaTese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200