Tillering in grain sorghum over a wide range of population densities: Modelling dynamics of tiller fertility

The prediction of tillering is poor or absent in existing sorghum crop models even though fertile tillers contribute significantly to grain yield. The objective of this study was to identify general quantitative relationships underpinning tiller dynamics of sorghum for a broad range of assimilate availabilities. Emergence, phenology, leaf area development and fertility of individual main calms and tillers were quantified weekly in plants grown at one of four plant densities ranging from two to 16 plants m(-2). On any given day, a tiller was considered potentially fertile (a posteriori) if its number of leaves continued to increase thereafter. The dynamics of potentially fertile tiller number per plant varied greatly with plant density, but could generally be described by three determinants, stable across plant densities: tiller emergence rate aligned with leaf ligule appearance rate; cessation of tiller emergence occurred at a stable leaf area index; and rate of decrease in potentially fertile tillers was linearly related to the ratio of realized to potential leaf area growth. Realized leaf area growth is the measured increase in leaf area, whereas potential leaf area growth is the estimated increase in leaf area if all potentially fertile tillers were to continue to develop. Procedures to predict this ratio, by estimating realized leaf area per plant from intercepted radiation and potential leaf area per plant from the number and type of developing axes, are presented. While it is suitable for modelling tiller dynamics in grain sorghum, this general framework needs to be validated by testing it in different environments and for other cultivars. (C) 2002 Annals of Botany Company.

The GP problem: quantifying gene-to-phenotype relationships

In this paper we refer to the gene-to-phenotype modeling challenge as the GP problem. Integrating information across levels of organization within a genotype-environment system is a major challenge in computational biology. However, resolving the GP problem is a fundamental requirement if we are to understand and predict phenotypes given knowledge of the genome and model dynamic properties of biological systems. Organisms are consequences of this integration, and it is a major property of biological systems that underlies the responses we observe. We discuss the E(NK) model as a framework for investigation of the GP problem and the prediction of system properties at different levels of organization. We apply this quantitative framework to an investigation of the processes involved in genetic improvement of plants for agriculture. In our analysis, N genes determine the genetic variation for a set of traits that are responsible for plant adaptation to E environment-types within a target population of environments. The N genes can interact in epistatic NK gene-networks through the way that they influence plant growth and development processes within a dynamic crop growth model. We use a sorghum crop growth model, available within the APSIM agricultural production systems simulation model, to integrate the gene-environment interactions that occur during growth and development and to predict genotype-to-phenotype relationships for a given E(NK) model. Directional selection is then applied to the population of genotypes, based on their predicted phenotypes, to simulate the dynamic aspects of genetic improvement by a plant-breeding program. The outcomes of the simulated breeding are evaluated across cycles of selection in terms of the changes in allele frequencies for the N genes and the genotypic and phenotypic values of the populations of genotypes.

Genotype and environment effects on dynamics of harvest index during grain filling in sorghum

An approach based on a linear rate of increase in harvest index (141) with time after anthesis has been used as a simple means-to predict grain growth and yield in many crop simulation models. When applied to diverse situations, however, this approach has been found to introduce significant error in grain yield predictions. Accordingly, this study was undertaken to examine the stability of the HI approach for yield prediction in sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench]. Four field experiments were conducted under nonlimiting water. and N conditions. The experiments were sown at times that ensured a broad range in temperature and radiation conditions. Treatments consisted of two population densities and three genotypes varying in maturity. Frequent sequential harvests were used to monitor crop growth, yield, and the dynamics of 111. Experiments varied greatly in yield and final HI. There was also a tendency for lower HI with later maturity. Harvest index dynamics also varied among experiments and, to a lesser extent, among treatments within experiments. The variation was associated mostly with the linear rate of increase in HI and timing of cessation of that increase. The average rate of HI increase was 0.0198 d(-1), but this was reduced considerably (0.0147) in one experiment that matured in cool conditions. The variations found in IN dynamics could be largely explained by differences in assimilation during grain filling and remobilization of preanthesis assimilate. We concluded that this level of variation in HI dynamics limited the general applicability of the HI approach in yield prediction and suggested a potential alternative for testing.

Analysis of multicomponent adsorption kinetics on activated carbon

An integrated mathematical model for the kinetics of multicomponent adsorption on microporous carbon was developed. Transport in this bidisperse solid is represented by balance equations in the macropore and micropore phases, in which gas-phase diffusion dominates the mass transfer in the macropores, with the phenomenological diffusivities represented by the generalized Maxwell-Stefan (GMS) formulation. Viscous flow also contributes to the macropore fluxes and is included in the MS expressions. Diffusion of the adsorbed phase controls the mass transfer in the micro ore phase, p which is also described in a similar way by the MS method. The adsorption isotherms are represented by a new heterogeneous modified vacancy solution theory formulation of adsorption, which has proved to be a robust method for adsorption on activated carbons. The model is applied to the coadsorption and codesorption of C2H6 and C3H8 on Ajax and Norit carbon, as well as the displacement on Ajax carbon. The effect of the viscous flow in the macropore phase is not significant for the cases studied. The model accurately predicts the overshoot behavior and rollup of C2H6 during coadsorption. The prediction for the heavier compound C3H8 is always satisfactory, though at higher C3H8 mole fraction, the overshoot extent of C2H6 is overpredicted, possibly due to neglect of heat effects.

Avaliação do impacto do tamanho dos trens e do comprimento das seções de bloqueio na capacidade de um trecho ferroviário de linha dupla

É inegável a importância da infraestrutura de transporte para as empresas, para a economia e para os países no momento atual. Entretanto, a oferta de infraestrutura de transporte deve estar disponível a custos razoáveis e de modo a viabilizar o atendimento desta crescente demanda vista ao redor do mundo, não diferente no Brasil. Sobre tal contexto, desponta-se o segmento ferroviário, o qual proporciona o transporte de elevados volumes a custos relativamente baixos. Para suportar esta condição, é fundamental conhecer os parâmetros presentes em um sistema ferroviário e saber quais são seus impactos na capacidade de transporte, visando direcionar ações com foco na melhoria operacional e na correta alocação de investimentos de capital. Para quantificar estes impactos, buscou-se desenvolver um modelo de simulação capaz de identificar os impactos na capacidade de um trecho ferroviário de linha dupla frente à variação de dois parâmetros: o tamanho dos trens, que poderá sofrer alteração diante da comercialização da capacidade excedente das ferrovias nacional, diretriz esta presente no novo marco regulatório, e o comprimento das seções de bloqueio, diante dos baixos níveis de investimento realizados até o momento pelas concessões ferroviárias em atividade e do grande potencial de novos investimentos que serão destinados ao segmento ferroviário para atender as demandas futuras. Após a definição de vários cenários, realizou-se a análise dos resultados e pode-se identificar que tanto a variação no tamanho dos trens quando no comprimento das seções de bloqueio geram variações na capacidade de transportes em um trecho ferroviário, ficando estes caracterizados como importantes parâmetros que devem fazer parte de qualquer análise de capacidade ou investimentos de um segmento ferroviário

Caracterização experimental e numérica do desempenho térmico de um edifício "gaioleiro": identificação de oportunidades de melhoria

O sector dos edifícios é responsável por uma percentagem significativa dos consumos de energia primária e de energia eléctrica em Portugal, associada principalmente ao conforto térmico dos seus ocupantes. A União Europeia pretende uma redução de 20%, até 2020, dos consumos de energia e consequentes emissões de CO2 através da melhoria da eficiência energética dos edifícios públicos e residenciais. Em Portugal, o Plano Nacional para a Eficiência Energética (PNAEE) tem por objectivo obter uma poupança anual de energia de pelo menos 1% até ao ano de 2016, tomando como base a média de consumos de energia final, registados entre 2001 e 2005. Neste contexto, os edifícios anteriores a 1990 (primeira versão do RCCTE) podem apresentar um potencial significativo de melhoria da sua eficiência energética com base na sua reabilitação. Os edifícios “Gaioleiros” (1880 – 1930) constituindo uma parte importante do património histórico da cidade de Lisboa, para os quais a informação sobre o seu desempenho térmico é limitada, considerou-se pertinente efectuar um estudo destinado à sua caracterização experimental e numérica, face à especificidade do comportamento térmico das suas paredes caracterizadas pela elevada espessura. No presente trabalho, apresenta-se a metodologia e os resultados experimentais da medição da resistência térmica das paredes e da medição das necessidades térmicas de aquecimento da habitação. Estes resultados experimentais foram utilizados na validação do modelo de simulação térmica da habitação, que posteriormente serviu para avaliar as suas necessidades térmicas de aquecimento (Nic) e de arrefecimento (Nvc), identificar oportunidades de melhoria e avaliar o respectivo potencial de reabilitação. Neste trabalho, como contributos para uma reabilitação sustentável, apresentam-se avaliações de oportunidades de melhoria com base em estratégias de reforço do isolamento térmico. Dos resultados obtidos concluiu-se que melhorando o isolamento térmico das paredes e vãos envidraçados é possível baixar consideravelmente os consumos de energia associados à habitação, cumprindo assim as exigências estabelecidas no RCCTE ao nível dos requisitos de qualidade térmica da envolvente e consumos energéticos para edifícios novos e grandes reabilitações.

Análise do desempenho da tecnologia 4G LTE

O objectivo deste trabalho passa pelo desenvolvimento de uma ferramenta de simulação dinâmica de recursos rádio em LTE no sentido descendente, com recurso à Framework OMNeT++. A ferramenta desenvolvida permite realizar o planeamento das estações base, simulação e análise de resultados. São descritos os principais aspectos da tecnologia de acesso rádio, designadamente a arquitectura da rede, a codificação, definição dos recursos rádio, os ritmos de transmissão suportados ao nível de canal e o mecanismo de controlo de admissão. Foi definido o cenário de utilização de recursos rádio que inclui a definição de modelos de tráfego e de serviços orientados a pacotes e circuitos. Foi ainda considerado um cenário de referência para a verificação e validação do modelo de simulação. A simulação efectua-se ao nível de sistema, suportada por um modelo dinâmico, estocástico e orientado por eventos discretos de modo a contemplar os diferentes mecanismos característicos da tecnologia OFDMA. Os resultados obtidos permitem a análise de desempenho dos serviços, estações base e sistema ao nível do throughput médio da rede, throughput médio por eNodeB e throughput médio por móvel para além de permitir analisar o contributo de outros parâmetros designadamente, largura de banda, raio de cobertura, perfil dos serviços, esquema de modulação, entre outros. Dos resultados obtidos foi possível verificar que, considerando um cenário com estações base com raio de cobertura de 100 m obteve-se um throughput ao nível do utilizador final igual a 4.69494 Mbps, ou seja, 7 vezes superior quando comparado a estações base com raios de cobertura de 200m.

Análise de Resultados de Simulações não Estacionárias Aperiódicas e Cíclicas

Tese de Doutoramento, Matemática (Investigação Operacional), 23 de Setembro de 2006, Universidade dos Açores.

Estudo da implementação de um sistema de vigilância e alarme num recurso hídrico

Neste trabalho estudou-se a implementação de um sistema de vigilância e alerta da qualidade da água de um recurso hídrico, para um possível caso de poluição. Em 25 de Agosto de 2008 foram derramadas 4 toneladas de ácido clorídrico acidentalmente para as águas do rio Febros. Este rio situa-se no concelho de Vila Nova de Gaia e é um pequeno afluente do rio Douro, tendo cerca de 14 km de extensão e tem a particularidade de atravessar o Parque Biológico de Gaia. A falta de uma rápida intervenção e da existência de um plano de ação levou a que parte da fauna e flora fosse destruída. Por este motivo realizou-se este estudo que se baseou na criação de um sistema de vigilância e alerta a ser implementado neste rio. A informação da hidrogeometria do rio e da capacidade de transporte e dispersão de poluentes é indispensável para o bom funcionamento deste sistema. O coeficiente de dispersão longitudinal é um parâmetro muito importante no estudo da qualidade da água. Recorreu-se à utilização da Rodamina WT como marcador, determinando assim a evolução da sua concentração ao longo do tempo e espaço. No cálculo do coeficiente de dispersão foi utilizado o modelo Transient Storage, que demonstrou ser um bom modelo de ajuste aproximando-se dos valores medidos em campo. Para três estações diferentes com distâncias de 290, 390 e 1100 metros do ponto de injeção, obtiveram-se valores de coeficiente de dispersão de 0,18, 0,15 e 0,39 m2/s respetivamente. Os valores do ajuste expressos sob a forma de coeficiente de correlação foram 0,988, 0,998 e 0,986, para a mesma ordem de estações. A constante de rearejamento do rio foi também determinada recorrendo ao método dos marcadores inertes, utilizando o propano como marcador gasoso. A constante determinada próximo de Casal Drijo, entre 2 estações de amostragem a 140 e 290 m do local de injeção, foi de 13,4 dia-1. Com os resultados do coeficiente de dispersão e da constante de rearejamento para além da velocidade e caudal da corrente do rio conseguir-se-á construir o modelo de simulação e previsão de um possível poluente. O sistema de vigilância a implementar sugere-se assim que seja construído por duas partes, uma de análise de evolução da nuvem de poluição e plano de ação outra de monitorização contínua e emissão de alerta. Após uma análise do investimento à implementação deste sistema chegou-se à conclusão que o valor de investimento é de 15.182,00 €.

Reabilitação energética de um edifício de serviços: convergência para NZEB

Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

A framework for the development of parallel and distributed real-time embedded systems

Embedded real-time applications increasingly present high computation requirements, which need to be completed within specific deadlines, but that present highly variable patterns, depending on the set of data available in a determined instant. The current trend to provide parallel processing in the embedded domain allows providing higher processing power; however, it does not address the variability in the processing pattern. Dimensioning each device for its worst-case scenario implies lower average utilization, and increased available, but unusable, processing in the overall system. A solution for this problem is to extend the parallel execution of the applications, allowing networked nodes to distribute the workload, on peak situations, to neighbour nodes. In this context, this report proposes a framework to develop parallel and distributed real-time embedded applications, transparently using OpenMP and Message Passing Interface (MPI), within a programming model based on OpenMP. The technical report also devises an integrated timing model, which enables the structured reasoning on the timing behaviour of these hybrid architectures.

On the performance limits of slotted CSMA/CA in IEEE 802.15.4 for broadcast transmissions in wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 has been adopted as a communication protocol standard for Low-Rate Wireless Private Area Networks (LRWPANs). While it appears as a promising candidate solution for Wireless Sensor Networks (WSNs), its adequacy must be carefully evaluated. In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA medium access control (MAC) mechanism in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility and potential for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent), the number of nodes and the data frame size on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We also analytically evaluate the impact of the slotted CSMA/CA overheads on the saturation throughput. We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

Repeater-based hybrid wired/wireless PROFIBUS network simulator

This technical report describes the Repeater-Based Hybrid Wired/Wireless PROFIBUS Network Simulator that implements a simulation model of the repeater-based approach. This approach defines the mechanism to extend the PROFIBUS protocol to supprot wireless communication, in which the interconnection of the wired and wireless segments is done by a intermediate system operating at Physical Layer, as repeater.

Mobility simulator

This technical report describes the Mobility Simulator that implements a simulation model of the station mobility and the radio wave propagation.

Quantitative description of the self-assembly of patchy particles into chains and rings

We numerically study a simple fluid composed of particles having a hard-core repulsion complemented by two patchy attractive sites on the particle poles. An appropriate choice of the patch angular width allows for the formation of ring structures which, at low temperatures and low densities, compete with the growth of linear aggregates. The simplicity of the model makes it possible to compare simulation results and theoretical predictions based on the Wertheim perturbation theory, specialized to the case in which ring formation is allowed. Such a comparison offers a unique framework for establishing the quality of the analytic predictions. We find that the Wertheim theory describes remarkably well the simulation results.