The gambling related cognitions scale (GRCS): development, confirmatory factor validation and psychometric properties

Aims The aims of this study are to develop and validate a measure to screen for a range of gambling-related cognitions (GRC) in gamblers. Design and participants A total of 968 volunteers were recruited from a community-based population. They were divided randomly into two groups. Principal axis factoring with varimax rotation was performed on group one and confirmatory factor analysis (CFA) was used on group two to confirm the best-fitted solution. Measurements The Gambling Related Cognition Scale (GRCS) was developed for this study and the South Oaks Gambling Screen (SOGS), the Motivation Towards Gambling Scale (MTGS) and the Depression Anxiety Stress Scale (DASS-2 1) were used for validation. Findings Exploratory factor analysis performed using half the sample indicated five factors, which included interpretative control/bias (GRCS-IB), illusion of control (GRCS-IC), predictive control (GRCS-PC), gambling-related expectancies (GRCS-GE) and a perceived inability to stop gambling (GRCS-IS). These accounted for 70% of the total variance. Using the other half of the sample, CFA confirmed that the five-factor solution fitted the data most effectively. Cronbach's alpha coefficients for the factors ranged from 0.77 to 0.91, and 0.93 for the overall scale. Conclusions This paper demonstrated that the 23-item GRCS has good psychometric properties and thus is a useful instrument for identifying GRC among non-clinical gamblers. It provides the first step towards devising/adapting similar tools for problem gamblers as well as developing more specialized instruments to assess particular domains of GRC.

The cost of uniqueness in groundwater model calibration

Calibration of a groundwater model requires that hydraulic properties be estimated throughout a model domain. This generally constitutes an underdetermined inverse problem, for which a Solution can only be found when some kind of regularization device is included in the inversion process. Inclusion of regularization in the calibration process can be implicit, for example through the use of zones of constant parameter value, or explicit, for example through solution of a constrained minimization problem in which parameters are made to respect preferred values, or preferred relationships, to the degree necessary for a unique solution to be obtained. The cost of uniqueness is this: no matter which regularization methodology is employed, the inevitable consequence of its use is a loss of detail in the calibrated field. This, ill turn, can lead to erroneous predictions made by a model that is ostensibly well calibrated. Information made available as a by-product of the regularized inversion process allows the reasons for this loss of detail to be better understood. In particular, it is easily demonstrated that the estimated value for an hydraulic property at any point within a model domain is, in fact, a weighted average of the true hydraulic property over a much larger area. This averaging process causes loss of resolution in the estimated field. Where hydraulic conductivity is the hydraulic property being estimated, high averaging weights exist in areas that are strategically disposed with respect to measurement wells, while other areas may contribute very little to the estimated hydraulic conductivity at any point within the model domain, this possibly making the detection of hydraulic conductivity anomalies in these latter areas almost impossible. A study of the post-calibration parameter field covariance matrix allows further insights into the loss of system detail incurred through the calibration process to be gained. A comparison of pre- and post-calibration parameter covariance matrices shows that the latter often possess a much smaller spectral bandwidth than the former. It is also demonstrated that, as all inevitable consequence of the fact that a calibrated model cannot replicate every detail of the true system, model-to-measurement residuals can show a high degree of spatial correlation, a fact which must be taken into account when assessing these residuals either qualitatively, or quantitatively in the exploration of model predictive uncertainty. These principles are demonstrated using a synthetic case in which spatial parameter definition is based oil pilot points, and calibration is Implemented using both zones of piecewise constancy and constrained minimization regularization. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sviluppo e Applicazione di Metodologie per l'Ottimizzazione di Sistemi Energetici

La riduzione dei consumi di combustibili fossili e lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico sono una questione di centrale importanza sia per l’industria che per la ricerca, a causa dei drastici effetti che le emissioni di inquinanti antropogenici stanno avendo sull’ambiente. Mentre un crescente numero di normative e regolamenti vengono emessi per far fronte a questi problemi, la necessità di sviluppare tecnologie a basse emissioni sta guidando la ricerca in numerosi settori industriali. Nonostante la realizzazione di fonti energetiche rinnovabili sia vista come la soluzione più promettente nel lungo periodo, un’efficace e completa integrazione di tali tecnologie risulta ad oggi impraticabile, a causa sia di vincoli tecnici che della vastità della quota di energia prodotta, attualmente soddisfatta da fonti fossili, che le tecnologie alternative dovrebbero andare a coprire. L’ottimizzazione della produzione e della gestione energetica d’altra parte, associata allo sviluppo di tecnologie per la riduzione dei consumi energetici, rappresenta una soluzione adeguata al problema, che può al contempo essere integrata all’interno di orizzonti temporali più brevi. L’obiettivo della presente tesi è quello di investigare, sviluppare ed applicare un insieme di strumenti numerici per ottimizzare la progettazione e la gestione di processi energetici che possa essere usato per ottenere una riduzione dei consumi di combustibile ed un’ottimizzazione dell’efficienza energetica. La metodologia sviluppata si appoggia su un approccio basato sulla modellazione numerica dei sistemi, che sfrutta le capacità predittive, derivanti da una rappresentazione matematica dei processi, per sviluppare delle strategie di ottimizzazione degli stessi, a fronte di condizioni di impiego realistiche. Nello sviluppo di queste procedure, particolare enfasi viene data alla necessità di derivare delle corrette strategie di gestione, che tengano conto delle dinamiche degli impianti analizzati, per poter ottenere le migliori prestazioni durante l’effettiva fase operativa. Durante lo sviluppo della tesi il problema dell’ottimizzazione energetica è stato affrontato in riferimento a tre diverse applicazioni tecnologiche. Nella prima di queste è stato considerato un impianto multi-fonte per la soddisfazione della domanda energetica di un edificio ad uso commerciale. Poiché tale sistema utilizza una serie di molteplici tecnologie per la produzione dell’energia termica ed elettrica richiesta dalle utenze, è necessario identificare la corretta strategia di ripartizione dei carichi, in grado di garantire la massima efficienza energetica dell’impianto. Basandosi su un modello semplificato dell’impianto, il problema è stato risolto applicando un algoritmo di Programmazione Dinamica deterministico, e i risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dall’adozione di una più semplice strategia a regole, provando in tal modo i vantaggi connessi all’adozione di una strategia di controllo ottimale. Nella seconda applicazione è stata investigata la progettazione di una soluzione ibrida per il recupero energetico da uno scavatore idraulico. Poiché diversi layout tecnologici per implementare questa soluzione possono essere concepiti e l’introduzione di componenti aggiuntivi necessita di un corretto dimensionamento, è necessario lo sviluppo di una metodologia che permetta di valutare le massime prestazioni ottenibili da ognuna di tali soluzioni alternative. Il confronto fra i diversi layout è stato perciò condotto sulla base delle prestazioni energetiche del macchinario durante un ciclo di scavo standardizzato, stimate grazie all’ausilio di un dettagliato modello dell’impianto. Poiché l’aggiunta di dispositivi per il recupero energetico introduce gradi di libertà addizionali nel sistema, è stato inoltre necessario determinare la strategia di controllo ottimale dei medesimi, al fine di poter valutare le massime prestazioni ottenibili da ciascun layout. Tale problema è stato di nuovo risolto grazie all’ausilio di un algoritmo di Programmazione Dinamica, che sfrutta un modello semplificato del sistema, ideato per lo scopo. Una volta che le prestazioni ottimali per ogni soluzione progettuale sono state determinate, è stato possibile effettuare un equo confronto fra le diverse alternative. Nella terza ed ultima applicazione è stato analizzato un impianto a ciclo Rankine organico (ORC) per il recupero di cascami termici dai gas di scarico di autovetture. Nonostante gli impianti ORC siano potenzialmente in grado di produrre rilevanti incrementi nel risparmio di combustibile di un veicolo, è necessario per il loro corretto funzionamento lo sviluppo di complesse strategie di controllo, che siano in grado di far fronte alla variabilità della fonte di calore per il processo; inoltre, contemporaneamente alla massimizzazione dei risparmi di combustibile, il sistema deve essere mantenuto in condizioni di funzionamento sicure. Per far fronte al problema, un robusto ed efficace modello dell’impianto è stato realizzato, basandosi sulla Moving Boundary Methodology, per la simulazione delle dinamiche di cambio di fase del fluido organico e la stima delle prestazioni dell’impianto. Tale modello è stato in seguito utilizzato per progettare un controllore predittivo (MPC) in grado di stimare i parametri di controllo ottimali per la gestione del sistema durante il funzionamento transitorio. Per la soluzione del corrispondente problema di ottimizzazione dinamica non lineare, un algoritmo basato sulla Particle Swarm Optimization è stato sviluppato. I risultati ottenuti con l’adozione di tale controllore sono stati confrontati con quelli ottenibili da un classico controllore proporzionale integrale (PI), mostrando nuovamente i vantaggi, da un punto di vista energetico, derivanti dall’adozione di una strategia di controllo ottima.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Modelling and PI Control of an Irrigation Canal

The main goal of this paper is to expose and validate a methodology to design efficient automatic controllers for irrigation canals, based on the Saint-Venant model. This model-based methodology enables to design controllers at the design stage (when the canal is not already built). The methodology is applied on an experimental canal located in Portugal. First the full nonlinear PDE model is calibrated, using a single steady-state experiment. The model is then linearized around a functioning point, in order to design linear PI controllers. Two classical control strategies are tested (local upstream control and distant downstream control) and compared on the canal. The experimental results show the effectiveness of the model.

A geometric approach to trajectory design for an autonomous underwater vehicle : surveying the bulbous bow of a ship

In this paper, we present a control strategy design technique for an autonomous underwater vehicle based on solutions to the motion planning problem derived from differential geometric methods. The motion planning problem is motivated by the practical application of surveying the hull of a ship for implications of harbor and port security. In recent years, engineers and researchers have been collaborating on automating ship hull inspections by employing autonomous vehicles. Despite the progresses made, human intervention is still necessary at this stage. To increase the functionality of these autonomous systems, we focus on developing model-based control strategies for the survey missions around challenging regions, such as the bulbous bow region of a ship. Recent advances in differential geometry have given rise to the field of geometric control theory. This has proven to be an effective framework for control strategy design for mechanical systems, and has recently been extended to applications for underwater vehicles. Advantages of geometric control theory include the exploitation of symmetries and nonlinearities inherent to the system. Here, we examine the posed inspection problem from a path planning viewpoint, applying recently developed techniques from the field of differential geometric control theory to design the control strategies that steer the vehicle along the prescribed path. Three potential scenarios for surveying a ship?s bulbous bow region are motivated for path planning applications. For each scenario, we compute the control strategy and implement it onto a test-bed vehicle. Experimental results are analyzed and compared with theoretical predictions.

A nonlinear PI and backstepping based controller for tractor-steerable trailer influenced by slip

Autonomous guidance of agricultural vehiclesis vital as mechanized farming production becomes more prevalent. It is crucial that tractor-trailers are guided with accuracy in both lateral and longitudinal directions, whilst being affected by large disturbance forces, or slips, owing to uncertain and undulating terrain. Successful research has been concentrated on trajectory control which can provide longitudinal and lateral accuracy if the vehicle moves without sliding, and the trailer is passive. In this paper, the problem of robust trajectory tracking along straight and circular paths of a tractor-steerable trailer is addressed. By utilizing a robust combination of backstepping and nonlinear PI control, a robust, nonlinear controller is proposed. For vehicles subjected to sliding, the proposed controller makes the lateral deviations and the orientation errors of the tractor and trailer converge to a neighborhood near the origin. Simulation results are presented to illustrate that the suggested controller ensures precise trajectory tracking in the presence of slip.

Interpersonal coupling in rowing : the mediating role of the environment

Evidence currently supports the view that intentional interpersonal coordination (IIC) is a self-organizing phenomenon facilitated by visual perception of co-actors in a coordinative coupling (Schmidt, Richardson, Arsenault, & Galantucci, 2007). The present study examines how apparent IIC is achieved in situations where visual information is limited for co-actors in a rowing boat. In paired rowing boats only one of the actors, [bow seat] gets to see the actions of the other [stroke seat]. Thus IIC appears to be facilitated despite the lack of important visual information for the control of the dyad. Adopting a mimetic approach to expert coordination, the present study qualitatively examined the experiences of expert performers (N=9) and coaches (N=4) with respect to how IIC was achieved in paired rowing boats. Themes were explored using inductive content analysis, which led to layered model of control. Rowers and coaches reported the use of multiple perceptual sources in order to achieve IIC. As expected(Kelso, 1995; Schmidt & O’Brien, 1997; Turvey, 1990), rowers in the bow of a pair boat make use of visual information provided by the partner in front of them [stroke]. However, this perceptual information is subordinate to perception Motor Learning and Control S111 of the relationship between the boat hull and water passing beside it. Stroke seat, in the absence of visual information about his/her partner, achieves coordination by picking up information about the lifting or looming of the boat’s stern along with water passage past the hull. In this case it appears that apparent or desired IIC is supported by the perception of extra-personal variables, in this case boat behavior; as this perceptual information source is used by both actors. To conclude, co-actors in two person rowing boats use multiple sources of perceptual information for apparent IIC that changes according to task constraints. Where visual information is restricted IIC is facilitated via extra-personal perceptual information and apparent IIC switches to intentional extra-personal coordination.

Decision strategies for automated visual collision avoidance

This paper provides a preliminary analysis of an autonomous uncooperative collision avoidance strategy for unmanned aircraft using image-based visual control. Assuming target detection, the approach consists of three parts. First, a novel decision strategy is used to determine appropriate reference image features to track for safe avoidance. This is achieved by considering the current rules of the air (regulations), the properties of spiral motion and the expected visual tracking errors. Second, a spherical visual predictive control (VPC) scheme is used to guide the aircraft along a safe spiral-like trajectory about the object. Lastly, a stopping decision based on thresholding a cost function is used to determine when to stop the avoidance behaviour. The approach does not require estimation of range or time to collision, and instead relies on tuning two mutually exclusive decision thresholds to ensure satisfactory performance.

The prolongation of length of stay because of Clostridium difficile infection

Background Clostridium difficile infection (CDI) possibly extends hospital length of stay (LOS); however, the current evidence does not account for the time-dependent bias, ie, when infection is incorrectly analyzed as a baseline covariate. The aim of this study was to determine whether CDI increases LOS after managing this bias. Methods We examined the estimated extra LOS because of CDI using a multistate model. Data from all persons hospitalized >48 hours over 4 years in a tertiary hospital in Australia were analyzed. Persons with health care-associated CDIs were identified. Cox proportional hazards models were applied together with multistate modeling. Results One hundred fifty-eight of 58,942 admissions examined had CDI. The mean extra LOS because of infection was 0.9 days (95% confidence interval: −1.8 to 3.6 days, P = .51) when a multistate model was applied. The hazard of discharge was lower in persons who had CDI (adjusted hazard ratio, 0.42; P < .001) when a Cox proportional hazard model was applied. Conclusion This study is the first to use multistate models to determine the extra LOS because of CDI. Results suggest CDI does not significantly contribute to hospital LOS, contradicting findings published elsewhere. Conversely, when methods prone to result in time-dependent bias were applied to the data, the hazard of discharge significantly increased. These findings contribute to discussion on methods used to evaluate LOS and health care-associated infections.

Genome-wide association study using extreme truncate selection identifies novel genes affecting bone mineral density and fracture risk

Osteoporotic fracture is a major cause of morbidity and mortality worldwide. Low bone mineral density (BMD) is a major predisposing factor to fracture and is known to be highly heritable. Site-, gender-, and age-specific genetic effects on BMD are thought to be significant, but have largely not been considered in the design of genome-wide association studies (GWAS) of BMD to date. We report here a GWAS using a novel study design focusing on women of a specific age (postmenopausal women, age 55-85 years), with either extreme high or low hip BMD (age- and gender-adjusted BMD z-scores of +1.5 to +4.0, n = 1055, or -4.0 to -1.5, n = 900), with replication in cohorts of women drawn from the general population (n = 20,898). The study replicates 21 of 26 known BMD-associated genes. Additionally, we report suggestive association of a further six new genetic associations in or around the genes CLCN7, GALNT3, IBSP, LTBP3, RSPO3, and SOX4, with replication in two independent datasets. A novel mouse model with a loss-of-function mutation in GALNT3 is also reported, which has high bone mass, supporting the involvement of this gene in BMD determination. In addition to identifying further genes associated with BMD, this study confirms the efficiency of extreme-truncate selection designs for quantitative trait association studies. © 2011 Duncan et al.

Robustness of NIR calibrations for assessing fruit quality

Predictive models based on near infra-red spectroscopy for the assessment of fruit internal quality attributes must exhibit a degree of robustness across the parameters of variety, district and time to be of practical use in fruit grading. At the time this thesis was initiated, while there were a number of published reports on the development of near infra-red based calibration models for the assessment of internal quality attributes of intact fruit, there were no reports of the reliability ("robustness") of such models across time, cultivars or growing regions. As existing published reports varied in instrumentation employed, a re-analysis of existing data was not possible. An instrument platform, based on partial transmittance optics, a halogen light source and (Zeiss MMS 1) detector operating in the short wavelength near infra-red region was developed for use in the assessment of intact fruit. This platform was used to assess populations of macadamia kernels, melons and mandarin fruit for total soluble solids, dry matter and oil concentration. Calibration procedures were optimised and robustness assessed across growing areas, time of harvest, season and variety. In general, global modified partial least squares regression (MPLS) calibration models based on derivatised absorbance data were better than either multiple linear regression or `local' MPLS models in the prediction of independent validation populations . Robustness was most affected by growing season, relative to the growing district or variety . Various calibration updating procedures were evaluated in terms of calibration robustness. Random selection of samples from the validation population for addition to the calibration population was equivalent to or better than other methods of sample addition (methods based on the Mahalanobis distance of samples from either the centroid of the population or neighbourhood samples). In these exercises the global Mahalanobis distance (GH) was calculated using the scores and loadings from the calibration population on the independent validation population. In practice, it is recommended that model predictive performance be monitored in terms of predicted sample GH, with model updating using as few as 10 samples from the new population undertaken when the average GH value exceeds 1 .0 .

Effects of seasonal variability on FT-NIR prediction of dry matter content for whole Hass avocado fruit

Fourier Transform (FT)-near infra-red spectroscopy (NIRS) was investigated as a non-invasive technique for estimating percentage (%) dry matter of whole intact 'Hass' avocado fruit. Partial least squares (PLS) calibration models were developed from the diffuse reflectance spectra to predict % dry matter, taking into account effects of seasonal variation. It is found that seasonal variability has a significant effect on model predictive performance for dry matter in avocados. The robustness of the calibration model, which in general limits the application for the technique, was found to increase across years (seasons) when more seasonal variability was included in the calibration set. The R-v(2) and RMSEP for the single season prediction models predicting on an independent season ranged from 0.09 to 0.61 and 2.63 to 5.00, respectively, while for the two season models predicting on the third independent season, they ranged from 0.34 to 0.79 and 2.18 to 2.50, respectively. The bias for single season models predicting an independent season was as high as 4.429 but <= 1.417 for the two season combined models. The calibration model encompassing fruit from three consecutive years yielded predictive statistics of R-v(2) = 0.89, RMSEP = 1.43% dry matter with a bias of -0.021 in the range 16.1-39.7% dry matter for the validation population encompassing independent fruit from the three consecutive years. Relevant spectral information for all calibration models was obtained primarily from oil, carbohydrate and water absorbance bands clustered in the 890-980, 1005-1050, 1330-1380 and 1700-1790 nm regions. These results indicate the potential of FT-NIRS, in diffuse reflectance mode, to non-invasively predict the % dry matter of whole 'Hass' avocado fruit and the importance of the development of a calibration model that incorporates seasonal variation. Crown Copyright (c) 2012 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.