Metaheurística Simulated Annealing para solução de problemas de planejamento florestal com restrições de integridade

Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar a metaheurística SA para solução de problemas de gerenciamento florestal com restrições de integridade. O algoritmo SA desenvolvido foi testado em quatro problemas, contendo entre 93 e 423 variáveis de decisão, sujeitos às restrições de singularidade, produção mínima e produção máxima, periodicamente. Todos os problemas tiveram como objetivo a maximização do valor presente líquido. O algoritmo SA foi codificado em liguagem delphi 5.0 e os testes foram efetuados em um microcomputador AMD K6II 500 MHZ, com memória RAM de 64 MB e disco rígido de 15GB. O desempenho da SA foi avaliado de acordo com as medidas de eficácia e eficiência. Os diferentes valores ou categorias dos parâmetros da SA foram testados e comparados quanto aos seus efeitos na eficácia do algoritmo. A seleção da melhor configuração de parâmetros foi feita com o teste L&O, a 1% de probabilidade, e as análises foram realizadas através de estatísticas descritivas. A melhor configuração de parâmetros propiciou à SA eficácia média de 95,36%, valor mínimo de 83,66%, valor máximo de 100% e coeficiente de variação igual a 3,18% do ótimo matemático obtido pelo algoritmo exato branch and bound. Para o problema de maior porte, a eficiência da SA foi dez vezes superior à eficiência do algoritmo exato branch and bound. O bom desempenho desta heurística reforçou as conclusões, tiradas em outros trabalhos, do seu enorme potencial para resolver importantes problemas de gerenciamento florestal de difícil solução pelos instrumentos computacionais da atualidade.

Application of simulated annealing in simulation and optimization of drying process of Zea mays malt

Kinetic simulation and drying process optimization of corn malt by Simulated Annealing (SA) for estimation of temperature and time parameters in order to preserve maximum amylase activity in the obtained product are presented here. Germinated corn seeds were dried at 54-76 °C in a convective dryer, with occasional measurement of moisture content and enzymatic activity. The experimental data obtained were submitted to modeling. Simulation and optimization of the drying process were made by using the SA method, a randomized improvement algorithm, analogous to the simulated annealing process. Results showed that seeds were best dried between 3h and 5h. Among the models used in this work, the kinetic model of water diffusion into corn seeds showed the best fitting. Drying temperature and time showed a square influence on the enzymatic activity. Optimization through SA showed the best condition at 54 ºC and between 5.6h and 6.4h of drying. Values of specific activity in the corn malt were found between 5.26±0.06 SKB/mg and 15.69±0,10% of remaining moisture.

Soybean yield maps using regular and optimized sample with different configurations by simulated annealing

ABSTRACT This study aimed to compare thematic maps of soybean yield for different sampling grids, using geostatistical methods (semivariance function and kriging). The analysis was performed with soybean yield data in t ha-1 in a commercial area with regular grids with distances between points of 25x25 m, 50x50 m, 75x75 m, 100x100 m, with 549, 188, 66 and 44 sampling points respectively; and data obtained by yield monitors. Optimized sampling schemes were also generated with the algorithm called Simulated Annealing, using maximization of the overall accuracy measure as a criterion for optimization. The results showed that sample size and sample density influenced the description of the spatial distribution of soybean yield. When the sample size was increased, there was an increased efficiency of thematic maps used to describe the spatial variability of soybean yield (higher values of accuracy indices and lower values for the sum of squared estimation error). In addition, more accurate maps were obtained, especially considering the optimized sample configurations with 188 and 549 sample points.

Use of simulated annealing in standardization and optimization of the acerola wine production

In this study, seven wine samples were prepared varying the amount of pulp of acerola fruits and the sugar content using the simulated annealing technique to obtain the optimal sensory qualities and cost for the wine produced. S. cerevisiae yeast was used in the fermentation process and the sensory attributes were evaluated using a hedonic scale. Acerola wines were classified as sweet, with 11°GL of alcohol concentration and with aroma, taste, and color characteristics of the acerola fruit. The simulated annealing experiments showed that the best conditions were found at mass ratio between 1/7.5-1/6 and total soluble solids between 28.6-29.0 °Brix, from which the sensory acceptance scores of 6.9, 6.8, and 8.8 were obtained for color, aroma, and flavor, respectively, with a production cost 43-45% lower than the cost of traditional wines commercialized in Brazil.

Optimal design of 3R manipulators by using classical techniques and simulated annealin

In this paper, the optimum design of 3R manipulators is formulated and solved by using an algebraic formulation of workspace boundary. A manipulator design can be approached as a problem of optimization, in which the objective functions are the size of the manipulator and workspace volume; and the constrains can be given as a prescribed workspace volume. The numerical solution of the optimization problem is investigated by using two different numerical techniques, namely, sequential quadratic programming and simulated annealing. Numerical examples illustrate a design procedure and show the efficiency of the proposed algorithms.

Escolha de áreas prioritárias de conservação de anfíbios anuros do Cerrado através de um modelo de populações centrais-periféricas

Uma das maiores ameaças à diversidade biológica é a perda de hábitat, de modo que uma das alternativas para proteção da biodiversidade é a seleção de reservas pela utilização de procedimentos de otimização para estabelecer áreas prioritárias para conservação. Neste estudo, um algoritmo simulated annealing foi usado para verificar como a periferia das distribuições das espécies influencia na seleção de áreas no Cerrado para conservação de 131 espécies de anfíbios anuros. Dois conjuntos de dados foram analisados, um contendo a distribuição original das espécies e outro excluindo a periferia das distribuições. As redes ótimas encontradas a partir das distribuições originais contiveram 17 quadrículas enquanto aquelas encontradas a partir das distribuições restritas foram maiores, com 22 células. As células com alto grau de insubstituibilidade foram mantidas em todas as redes e novas regiões de células substituíveis, localizadas na margem do bioma, surgiram quando apenas as distribuições reduzidas foram usadas.

Optimization of the sampling scheme for maps of physical and chemical properties estimated by kriging

The sampling scheme is essential in the investigation of the spatial variability of soil properties in Soil Science studies. The high costs of sampling schemes optimized with additional sampling points for each physical and chemical soil property, prevent their use in precision agriculture. The purpose of this study was to obtain an optimal sampling scheme for physical and chemical property sets and investigate its effect on the quality of soil sampling. Soil was sampled on a 42-ha area, with 206 geo-referenced points arranged in a regular grid spaced 50 m from each other, in a depth range of 0.00-0.20 m. In order to obtain an optimal sampling scheme for every physical and chemical property, a sample grid, a medium-scale variogram and the extended Spatial Simulated Annealing (SSA) method were used to minimize kriging variance. The optimization procedure was validated by constructing maps of relative improvement comparing the sample configuration before and after the process. A greater concentration of recommended points in specific areas (NW-SE direction) was observed, which also reflects a greater estimate variance at these locations. The addition of optimal samples, for specific regions, increased the accuracy up to 2 % for chemical and 1 % for physical properties. The use of a sample grid and medium-scale variogram, as previous information for the conception of additional sampling schemes, was very promising to determine the locations of these additional points for all physical and chemical soil properties, enhancing the accuracy of kriging estimates of the physical-chemical properties.

Heteropentámeros (etanol)4-agua: estudio estructural y termodinámico

Stochastic exploration of the potential energy surface of (ethanol)4-water heteropentamers through simulated annealing calculations was used to find probable structures of these clusters. Subsequent geometry optimization with the B3LYP/6-31+G(d) approach of these initial structures led to 13 stable heteropentamers. The strength of the hydrogen bonds of the type O"H-O (primary) and their spatial arrangements seem to be responsible for the geometric preferences and the high stability of these heteropentamers. This result is a consequence of the presence of the cooperative effects among such interactions. There is no significant influence of the secondary hydrogen bonds (C"H-O) on the stability of the heteropentamers.

Um modelo de regulação florestal e suas implicações na formulação e solução de problemas com restrições de recobrimento

Este trabalho teve como objetivo avaliar uma estratégia utilizada para geração de alternativas de manejo na formulação e solução de problemas de planejamento florestal com restrições de recobrimento. O problema de planejamento florestal foi formulado via modelo I e modelo II, assim denominados por Johnson E Scheurman (1977), resultando em problemas de programação linear inteira com 63 e 42 alternativas de manejo, respectivamente. Conforme esperado, no problema formulado via modelo I não houve violação das restrições de recobrimento, enquanto no problema formulado via modelo II algumas unidades de manejo foram fracionadas, fato já esperado, uma vez que essa formulação não assegura a integridade das unidades de manejo. Na formulação via modelo II, para assegurar a integridade das unidades de manejo foi necessário reformular o problema como um problema de programação não-linear inteira, problema esse de solução ainda mais complexa do que os de programação linear inteira. As soluções eficientes dos problemas de programação não-linear inteira esbarram nas limitações de eficiências dos principais algoritmos de solução exata e na carência de aplicações dos algoritmos aproximativos na solução desse tipo de problema, a exemplo das metaeurísticas simulated annealing, busca tabu e algoritmos genéticos, tornando-se, portanto, um atrativo para pesquisas nessa área.

Subsídios para o dimensionamento de peças sólidas de madeira submetidas à compressão paralela

A madeira pela sua abundância e facilidade no manuseio acompanha a evolução do modo de vida do homem. Somente quando o concreto armado passou a ser utilizado é que o uso da madeira diminuiu. Os estudos científicos sobre as propriedades físicas e mecânicas da madeira permitiram o seu emprego em igualdade de condições com outros materiais no mercado. As madeiras amazônicas a despeito da imensa floresta são utilizadas de forma pouco adequadas. Este trabalho apresenta o método estabelecido pela Norma Brasileira, com o objetivo de auxiliar o técnico, através do uso de tabelas no dimensionamento de peças sólidas de madeira submetidas à compressão paralela.

Uma interface lab-made para aquisição de sinais analógicos instrumentais via porta paralela do microcomputador

A lab-made interface for acquisition of instrumental analog signals between 0 and 5 V at a frequency up to 670 kHz at the parallel port of a microcomputer is described. Since it uses few and small components, it was built into the connector of a printer parallel cable. Its performance was evaluated by monitoring the signals of four different instruments and similar analytical curves were obtained with the interface and from readings from the instrument' displays. Because the components are cheap (~U$35,00) and easy to get, the proposed interface is a simple and economical alternative for data acquisition in small laboratories for routine work, research and teaching.

Determinação da incerteza de medição nos ensaios de compressão paralela às fibras

O objetivo deste trabalho foi apresentar uma metodologia para o cálculo da incerteza de medição do resultado do ensaio de resistência à compressão paralela às fibras. Pretendeu-se reunir subsídios que justifiquem a adoção do Procedimento de Cálculo de Incerteza de Medição como exigência normativa e parte integrante do relatório de ensaios de caracterização de madeiras. A motivação para a apresentação dessa proposta surgiu devido à dificuldade observada no atendimento a alguns requisitos técnicos da norma ABNT 2005 - NBR ISO/IEC 17025, em especial o requisito 5.9 sobre a "Garantia da Qualidade de Resultados de Ensaio e Calibração". A metodologia proposta consolida os procedimentos necessários para a obtenção da incerteza de medida individual da tensão de ruptura e o resultado da incerteza da média das tensões de ruptura. Essa metodologia atende aos requisitos de um Sistema de Gestão da Qualidade. Os valores de incerteza obtidos dos resultados individuais da tensão de ruptura foram pouco significativos, indicando elevada qualidade dos equipamentos e boa calibração dos mesmos. Já a incerteza de medição da média da tensão de ruptura foi considerável, indicando a importância de sua consideração na segurança das estruturas de madeira.

Variação da densidade aparente e resistência à compressão paralela às fibras em função da intensidade de desbaste, adubação e posição radial em Eucalyptus grandis hill ex-maiden

O Eucalyptus grandis destaca-se pela produtividade e qualidade de sua madeira. O manejo florestal ideal das árvores em que se obtém maior proporção de madeira e melhor qualidade é uma das questões a serem consideradas nas pesquisas de E. grandis. Este trabalho teve como objetivo estudar a variação da densidade aparente e da resistência à compressão paralela às fibras em função da intensidade de desbaste, adubação e classe de diâmetro, na posição radial nas árvores de uma população de E. grandis de 21 anos de idade, manejada pelo sistema de desbastes seletivos com aplicação de fertilizantes na época do início dos desbastes, ou seja, aos 5 anos. Os fatores utilizados foram: três intensidades de desbastes seletivos (37, 50 e 75%), presença ou ausência de fertilizantes, três classes de diâmetro e cinco posições radiais. As influências dos fatores e de suas combinações foram avaliadas na densidade aparente e na resistência à compressão da madeira. A densidade aparente da madeira e a resistência à compressão foram influenciadas pelos fatores: adubo e classe de diâmetro em quase todas as posições radiais aumentaram no sentido da medula para a casca. Observou-se relação positiva entre densidade aparente, resistência à compressão e posição radial.

INFLUÊNCIA DA POSIÇÃO DOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA NA DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE DA MADEIRA NA COMPRESSÃO PARALELA ÀS FIBRAS (EC0)

RESUMOO módulo de elasticidade na compressão paralela às fibras (Ec0) é um dos parâmetros de referência para estimar o desempenho da madeira. O Anexo B da Norma Brasileira ABNT NBR 7190:1997 estabelece, nos ensaios para determinação do Ec0, que seja tomada a medida de deformações em pelo menos duas faces opostas dos corpos de prova. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência dessas condições de ensaio nos valores de Ec0. Tal propriedade foi determinada a partir das deformações de duas faces opostas dos corpos de prova e, em seguida, a partir das deformações obtidas nas faces complementares. Foram utilizadas espécies de madeira de forma a abranger todas as classes de resistência assumidas pela citada norma. Os resultados indicam significativa variação de Ec0determinado nos ensaios referidos, evidenciando que tal situação deve ser considerada para futura revisão dos métodos de ensaio para determinação de propriedades da madeira para aplicação estrutural.

Avaliação de circuito eletrônico para medição de temperatura em instalações agrícolas por meio da porta paralela de um computador

Os sistemas de aquisição de dados de temperatura disponíveis comercialmente apresentam alto custo e grande complexidade operacional para a sua utilização em instalações agrícolas climatizadas. Este trabalho teve por objetivos propor, calibrar e validar um circuito eletrônico de baixo custo para a aquisição de dados de temperatura com base na freqüência de oscilação da tensão elétrica (0 a 5 V). O sensor empregado no circuito foi um termistor com resistência ômica de 10 kômega 25 ºC e coeficiente de temperatura negativo. O circuito eletrônico, conectado a um computador via porta paralela, foi calibrado por comparação com um termômetro-padrão de mercúrio em vidro. Após as medições, análises de regressão foram realizadas com os dados experimentais, gerando-se equações que relacionam freqüência com resistência e resistência com temperatura. Os coeficientes de determinação demonstraram excelentes correlações entre as variáveis (R² > 0,9999). Posteriormente, foram realizadas comparações entre as medições obtidas com o circuito eletrônico e dois sistemas convencionais de aquisição de dados. Os resultados demonstraram que o circuito proposto é capaz de medir com exatidão e precisão a temperatura na faixa de 10 a 40 ºC.