An approach to verifying and debugging simulation models governed by ordinary differential equations: Part 1. Methodology for residual generation

For dynamic simulations to be credible, verification of the computer code must be an integral part of the modelling process. This two-part paper describes a novel approach to verification through program testing and debugging. In Part 1, a methodology is presented for detecting and isolating coding errors using back-to-back testing. Residuals are generated by comparing the output of two independent implementations, in response to identical inputs. The key feature of the methodology is that a specially modified observer is created using one of the implementations, so as to impose an error-dependent structure on these residuals. Each error can be associated with a fixed and known subspace, permitting errors to be isolated to specific equations in the code. It is shown that the geometric properties extend to multiple errors in either one of the two implementations. Copyright (C) 2003 John Wiley Sons, Ltd.

Gene flow in great bustard populations across the Strait of Gibraltar as elucidated from excremental PCR and mtDNA sequencing

Recent advances in molecular biology have made it possible to use the trace amounts of DNA in faeces to non-invasively sample endangered species for genetic studies. Here we use faeces as a source of DNA and mtDNA sequence data to elucidate the relationship among Spanish and Moroccan populations of great bustards. 834 bp of combined control region and cytochrome-b mtDNA fragments revealed four variable sites that defined seven closely related haplotypes in 54 individuals. Morocco was fixed for a single mtDNA haplotype that occurs at moderate frequency (28%) in Spain. We could not differentiate among the sampled Spanish populations of Caceres and Andalucia but these combined populations were differentiated from the Moroccan population. Estimates of gene flow (Nm = 0.82) are consistent with extensive observations on the southern Iberian peninsular indicating that few individuals fly across the Strait of Gibraltar. We demonstrate that both this sea barrier and mountain barriers in Spain limit dispersal among adjacent great bustard populations to a similar extent. The Moroccan population is of high ornithological significance as it holds the only population of great bustards in Africa. This population is critically small and genetic and observational data indicate that it is unlikely to be recolonised via immigration from Spain should it be extirpated. In light of the evidence presented here it deserves the maximum level of protection.

Activation energy distribution of thermal annealing of a bituminous coal

A bituminous coal was pyrolyzed in a nitrogen stream in an entrained flow reactor at various temperatures from 700 to 1475 degreesC. Char samples were collected at different positions along the reactor. Each collected sample was oxidized nonisothermally in a TGA for reactivity determination. The reactivity of the coal char was found to decrease rapidly with residence time until 0.5 s, after which it decreased only slightly. On the bases of the reactivity data at various temperatures, a new approach was utilized to obtaining the true activation energy distribution function for thermal annealing without the assumption of any distribution function form or a constant preexponential factor. It appears that the true activation energy distribution function consists of two separate parts corresponding to different temperature ranges, suggesting different mechanisms in different temperature ranges. Partially burnt coal chars were also collected along the reactor when the coal was oxidized in air at various temperatures from 700 to 1475 degreesC. The collected samples were analyzed for the residual carbon content and the specific reaction rate was estimated. The characteristic time of thermal deactivation was compared with that of oxidation under realistic conditions. The characteristic times were found to be close to each other, indicating the importance of thermal deactivation during combustion of the coal studied.

The left ventricular contractility of the rat heart is modulated by changes in flow and a1-adrenoceptor stimulation

Myocardial contractility depends on several mechanisms such as coronary perfusion pressure (CPP) and flow as well as on a1-adrenoceptor stimulation. Both effects occur during the sympathetic stimulation mediated by norepinephrine. Norepinephrine increases force development in the heart and produces vasoconstriction increasing arterial pressure and, in turn, CPP. The contribution of each of these factors to the increase in myocardial performance needs to be clarified. Thus, in the present study we used two protocols: in the first we measured mean arterial pressure, left ventricular pressure and rate of rise of left ventricular pressure development in anesthetized rats (N = 10) submitted to phenylephrine (PE) stimulation before and after propranolol plus atropine treatment. These observations showed that in vivo a1-adrenergic stimulation increases left ventricular-developed pressure (P<0.05) together with arterial blood pressure (P<0.05). In the second protocol, we measured left ventricular isovolumic systolic pressure (ISP) and CPP in Langendorff constant flow-perfused hearts. The hearts (N = 7) were perfused with increasing flow rates under control conditions and PE or PE + nitroprusside (NP). Both CPP and ISP increased (P<0.01) as a function of flow. CPP changes were not affected by drug treatment but ISP increased (P<0.01). The largest ISP increase was obtained with PE + NP treatment (P<0.01). The results suggest that both mechanisms, i.e., direct stimulation of myocardial a1-adrenoceptors and increased flow, increased cardiac performance acting simultaneously and synergistically.

An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Perfis de tensão residual do aço duplex UNS S32304 submetido a diferentes processos de soldagem TIG e condições de tratamento térmico

Visando a aplicação do aço UNS S32304 em embalados para transporte de material radioativo, amostras soldadas por processo TIG, com diferentes gases de proteção, foram submetidas a tratamentos térmicos nas temperaturas de 475°C, 600°C e 750°C por 8 horas, seguidas de resfriamento ao ar, a fim de analisar o efeito de temperaturas críticas no perfil de tensões residuais e microestrutura. A difratometria de raios X foi utilizada para determinação das tensões residuais, em diferentes condições (amostras como recebidas e apenas tratadas termicamente) e o perfil de tensões residuais total das amostras soldadas é apresentado para cada fase (austenita e ferrita). As tensões residuais das fases foram determinadas pela técnica sen2ψ, utilizando um difratômetro com fonte de radiação CuKα (<λ

Produção de milho-verde em resposta ao efeito residual da adubação orgânica do quiabeiro em cultivo subsequente

A rotação de culturas é uma prática essencial, no cultivo de hortaliças, para controle de pragas e doenças e tem sido usada, também, visando ao aproveitamento dos resíduos de adubação. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito residual da adubação orgânica, aplicada na cultura do quiabo, sobre o rendimento de espigas de milho-verde em cultivo subsequente. O quiabeiro foi plantado com duas populações de plantas e adubado com biofertilizante líquido de suínos, nas doses: 0, 6, 12, 24, e 48 m³ ha-1. Após a retirada dos restos culturais do quiabeiro, sementes de milho híbrido AG 1051 e da variedade UFVM 100 foram semeadas, em linhas duplas, no espaçamento de 1,0 m x 0,40 m e 0,25 m entre plantas após o desbaste. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com quatro repetições, no esquema fatorial 2 x 5, sendo dois cultivares de milho e resíduo de cinco doses de biofertilizante. O resíduo da adubação com biofertilizante de suínos em quiabeiro não foi suficiente para nutrir as plantas de milho-verde; consequentemente obteve-se baixa produtividade comercial. O plantio do milho-verde em sucessão ao quiabeiro, visando à rotação de culturas e aproveitamento de resíduos orgânicos, é promissor, sendo necessária adubação complementar de cobertura, para suprimento de N e K. O híbrido AG 1051 apresentou maior altura de plantas, número e produtividade de espigas comerciais despalhadas e peso médio de espigas comerciais. A variedade UFVM100 apresentou maior teor de P e K nas folhas, número de espigas com palha, número e produtividade de espigas não comerciais despalhadas.

Atividade residual de seis herbicidas aplicados ao solo em época seca

Este trabalho foi desenvolvido em campo, com o objetivo de avaliar a atividade residual de herbicidas recomendados para a cultura da cana-de-açúcar, quando aplicados ao solo na época seca. Os tratamentos foram organizados em esquema de parcelas subdivididas, em que, no âmbito das parcelas, foram aplicados seis herbicidas e, no âmbito das subparcelas, foram considerados três períodos de permanência dos produtos no solo (130 dias, 70 dias e testemunha, sem aplicação). Os tratamentos herbicidas foram (g ha-1): amicarbazone a 1260; clomazone a 1250; hexazinone a 450; imazapic a 147; isoxaflutole a 187,5; e sulfentrazone a 900. Além da infestação natural de plantas daninhas, para avaliação da atividade residual dos produtos, semeou-se pepino na área, considerado como bioindicador. A mesma molécula herbicida teve avaliação diferenciada em razão da espécie bioindicadora considerada. Os herbicidas amicarbazone, hexazinone, isoxaflutole e sulfentrazone têm propriedades positivas para aplicação ao solo em época seca, tais como elevada solubilidade, baixo Kow e baixa fotodegradação. A aplicação de imazapic em pré-emergência tem eficácia consistente em época seca, controlando adequadamente o pepino e a comunidade natural de plantas daninhas. O herbicida clomazone não controlou adequadamente o pepino e a comunidade natural de plantas daninhas.

Efeito residual da aplicação de fosfato monoamônio revestido por diferentes polímeros na cultura de milho

O uso de fertilizantes fosfatados, revestidos por polímeros, pode permitir a redução de perdas que ocorrem no processo de fixação do fósforo no solo, disponibilizando, assim, esse elemento por um maior período de tempo. Objetivou-se, com este trabalho, estudar o efeito residual de doses de fósforo e de formas de fosfato monoamônio revestido por polímeros, no que se refere aos componentes de produção e produtividade do milho, em primeira e segunda safra. O experimento foi conduzido em campo, num Latossolo Vermelho distrófico, textura argilosa. O delineamento estatístico foi o de blocos ao acaso, dispostos em esquema fatorial 4 x 4, sendo: quatro doses de P2O5: 0, 50, 100 e 150 kg ha-1, aplicadas na semeadura, em quatro formas: fosfato monoamônio (MAP) convencional e MAP revestido por três diferentes polímeros, com quatro repetições. Os tratamentos foram aplicados no milho safra e safrinha, e, posteriormente, avaliou-se o efeito residual desses tratamentos nos cultivos sucessores do milho, que foram semeados nas mesmas linhas de semeadura dos cultivos anteriores. O teor de fósforo residual no solo aumentou linearmente até a dose de 150 kg ha-1 de P2O5. As formas de MAP revestido por polímeros apresentaram o mesmo efeito residual que MAP convencional, pois proporcionaram resultados semelhantes para as avaliações do milho irrigado. O incremento das doses de fósforo na cultura anterior proporcionou efeito residual, alterando o teor de P foliar e a altura de plantas do milho safrinha irrigado e aumentando a produtividade de grãos de milho, na primeira safra, até a dose de 118 kg ha-1 de P2O5, independentemente da forma de MAP.

Sazonalidade e potencial energético da biomassa residual agrícola na região dos Campos Gerais do Paraná

RESUMO Teve-se por objetivo, neste trabalho, avaliar as disponibilidades sazonal e espacial da biomassa residual da colheita das principais culturas de grãos, na região dos Campos Gerais, PR, estimar o potencial teórico de produção de energia elétrica a partir desses resíduos, bem como identificar os municípios da região com maior potencial para instalação de termelétricas movidas a biomassa. Dados de produtividade de milho, soja, trigo, cevada, aveia branca e aveia preta foram obtidos, na Secretaria de Agricultura do Paraná, para as safras 2008/2009 e 2009/2010 e, a partir do índice e do calendário de colheitas, estimou-se a produção e sazonalidade da biomassa residual das culturas analisadas. Foram coletadas amostras de biomassa destas espécies e determinou-se o poder calorífico superior (PCS) e o potencial teórico de produção de energia elétrica a partir dos resíduos quantificados. Os Campos Gerais do Paraná produziram 3.862.130 (2008/2009) e 4.107.932 Mg ha−1 (2009/2010) de biomassa residual total com o cultivo das seis culturas. A disponibilidade de biomassa concentra-se em março e abril (aproximadamente 60%), sendo inexpressiva em dezembro, janeiro e entre junho e agosto. A biomassa residual da colheita de grãos apresentou PCS comparável ao de espécies florestais e potencial total de produção de energia de 3.932 (2008/2009) e 4.185 GWh ano−1 (2009/2010). Dos municípios analisados, Tibagi e Castro são os mais promissores para a instalação de termelétricas movidas a biomassa, por apresentarem maior produção e melhor distribuição sazonal dos resíduos.

Fast left ventricle tracking in CMR images using localized anatomical affine optical flow

In daily cardiology practice, assessment of left ventricular (LV) global function using non-invasive imaging remains central for the diagnosis and follow-up of patients with cardiovascular diseases. Despite the different methodologies currently accessible for LV segmentation in cardiac magnetic resonance (CMR) images, a fast and complete LV delineation is still limitedly available for routine use. In this study, a localized anatomically constrained affine optical flow method is proposed for fast and automatic LV tracking throughout the full cardiac cycle in short-axis CMR images. Starting from an automatically delineated LV in the end-diastolic frame, the endocardial and epicardial boundaries are propagated by estimating the motion between adjacent cardiac phases using optical flow. In order to reduce the computational burden, the motion is only estimated in an anatomical region of interest around the tracked boundaries and subsequently integrated into a local affine motion model. Such localized estimation enables to capture complex motion patterns, while still being spatially consistent. The method was validated on 45 CMR datasets taken from the 2009 MICCAI LV segmentation challenge. The proposed approach proved to be robust and efficient, with an average distance error of 2.1 mm and a correlation with reference ejection fraction of 0.98 (1.9 ± 4.5%). Moreover, it showed to be fast, taking 5 seconds for the tracking of a full 4D dataset (30 ms per image). Overall, a novel fast, robust and accurate LV tracking methodology was proposed, enabling accurate assessment of relevant global function cardiac indices, such as volumes and ejection fraction.

Observações sôbre a infestação domiciliar residual por Triatoma infestans

Na região do Bairro da Ilha, município de Salto de Pirapora, Estado de São Paulo, Brasil, procurou-se observar a utilidade do método de Gómez-Núñez, no selecionamento das casas a serem submetidas ao expurgo seletivo pela aplicação de BHC. Dos edifícios considerados como negativos à inspeção rotineira, foram selecionados 21 nos quais foram instaladas as caixas-abrigo. O resultado revelou a presença de Triatoma infestans em 4 casas e 2 anexos. Além disso, concluiu-se a observação do ecótopo artificial para atração de triatomíneo, e o seu exame, após demolição completa, revelou a presença de 2 adultos e 198 ninfas daquela espécie. Conclui-se pela deficiência da inspeção manual, com ou sem a utilização de substância desalojante, na seleção dos edifícios para o rociado. O método de Gómez-Núñez poderá trazer valiosa contribuição para a melhoria do critério de seleção. Chama-se ainda a atenção do possível poder de dispersão ativa do T. infestans que poderá atingir valores ponderáveis.

Observações sobre atividade de mosquitos Culicidae, em mata residual no Vale do Ribeira, S. Paulo, Brasil

Relatam-se observações sobre o ciclo diário de atividade, por parte de mosquitos Culicidae de mata residual, em área de ambiente intensamente modificado por exploração agropecuária, no Vale do Ribeira, Estado de São Paulo, Brasil. Foram levadas a efeito, com ritmo bimensal, capturas ininterruptas de vinte e cinco horas com isca humana, além de coletas simultâneas com ardilhas tipo Shannon em ambiente intra e extra florestal. Os resultados evidenciaram o caráter diurno e noturno das espécies mais freqüentes, com destaque para o Ae. scapularis e Ae. serratus que, embora com atividade classificada como diurna, mantêm atuação apreciável também durante a noite. Em relação ao primeiro acrescenta-se a ocorrência de nítido pico endocrepuscular vespertino, e a manutenção de sua presença no meio extraflorestal. De maneira geral, essas duas espécies mostram-se presentes todos os meses do ano, com dominância de Ae. scapularis sobre Ae. serratus somente no mês de junho, ocasião porém em que aquele sobrepuja a este de maneira considerável. Tais feições caracterizam quadro que permite atribuir àquele mosquito maiores oportunidades de contato com a população humana e, por conseguinte, papel importante na veiculação de arboviroses, em especial modo, de encefalites.