Analysis of space-time environmental data in complex regions

This thesis develops a comprehensive and a flexible statistical framework for the analysis and detection of space, time and space-time clusters of environmental point data. The developed clustering methods were applied in both simulated datasets and real-world environmental phenomena; however, only the cases of forest fires in Canton of Ticino (Switzerland) and in Portugal are expounded in this document. Normally, environmental phenomena can be modelled as stochastic point processes where each event, e.g. the forest fire ignition point, is characterised by its spatial location and occurrence in time. Additionally, information such as burned area, ignition causes, landuse, topographic, climatic and meteorological features, etc., can also be used to characterise the studied phenomenon. Thereby, the space-time pattern characterisa- tion represents a powerful tool to understand the distribution and behaviour of the events and their correlation with underlying processes, for instance, socio-economic, environmental and meteorological factors. Consequently, we propose a methodology based on the adaptation and application of statistical and fractal point process measures for both global (e.g. the Morisita Index, the Box-counting fractal method, the multifractal formalism and the Ripley's K-function) and local (e.g. Scan Statistics) analysis. Many measures describing the space-time distribution of environmental phenomena have been proposed in a wide variety of disciplines; nevertheless, most of these measures are of global character and do not consider complex spatial constraints, high variability and multivariate nature of the events. Therefore, we proposed an statistical framework that takes into account the complexities of the geographical space, where phenomena take place, by introducing the Validity Domain concept and carrying out clustering analyses in data with different constrained geographical spaces, hence, assessing the relative degree of clustering of the real distribution. Moreover, exclusively to the forest fire case, this research proposes two new methodologies to defining and mapping both the Wildland-Urban Interface (WUI) described as the interaction zone between burnable vegetation and anthropogenic infrastructures, and the prediction of fire ignition susceptibility. In this regard, the main objective of this Thesis was to carry out a basic statistical/- geospatial research with a strong application part to analyse and to describe complex phenomena as well as to overcome unsolved methodological problems in the characterisation of space-time patterns, in particular, the forest fire occurrences. Thus, this Thesis provides a response to the increasing demand for both environmental monitoring and management tools for the assessment of natural and anthropogenic hazards and risks, sustainable development, retrospective success analysis, etc. The major contributions of this work were presented at national and international conferences and published in 5 scientific journals. National and international collaborations were also established and successfully accomplished. -- Cette thèse développe une méthodologie statistique complète et flexible pour l'analyse et la détection des structures spatiales, temporelles et spatio-temporelles de données environnementales représentées comme de semis de points. Les méthodes ici développées ont été appliquées aux jeux de données simulées autant qu'A des phénomènes environnementaux réels; nonobstant, seulement le cas des feux forestiers dans le Canton du Tessin (la Suisse) et celui de Portugal sont expliqués dans ce document. Normalement, les phénomènes environnementaux peuvent être modélisés comme des processus ponctuels stochastiques ou chaque événement, par ex. les point d'ignition des feux forestiers, est déterminé par son emplacement spatial et son occurrence dans le temps. De plus, des informations tels que la surface bru^lée, les causes d'ignition, l'utilisation du sol, les caractéristiques topographiques, climatiques et météorologiques, etc., peuvent aussi être utilisées pour caractériser le phénomène étudié. Par conséquent, la définition de la structure spatio-temporelle représente un outil puissant pour compren- dre la distribution du phénomène et sa corrélation avec des processus sous-jacents tels que les facteurs socio-économiques, environnementaux et météorologiques. De ce fait, nous proposons une méthodologie basée sur l'adaptation et l'application de mesures statistiques et fractales des processus ponctuels d'analyse global (par ex. l'indice de Morisita, la dimension fractale par comptage de boîtes, le formalisme multifractal et la fonction K de Ripley) et local (par ex. la statistique de scan). Des nombreuses mesures décrivant les structures spatio-temporelles de phénomènes environnementaux peuvent être trouvées dans la littérature. Néanmoins, la plupart de ces mesures sont de caractère global et ne considèrent pas de contraintes spatiales com- plexes, ainsi que la haute variabilité et la nature multivariée des événements. A cet effet, la méthodologie ici proposée prend en compte les complexités de l'espace géographique ou le phénomène a lieu, à travers de l'introduction du concept de Domaine de Validité et l'application des mesures d'analyse spatiale dans des données en présentant différentes contraintes géographiques. Cela permet l'évaluation du degré relatif d'agrégation spatiale/temporelle des structures du phénomène observé. En plus, exclusif au cas de feux forestiers, cette recherche propose aussi deux nouvelles méthodologies pour la définition et la cartographie des zones périurbaines, décrites comme des espaces anthropogéniques à proximité de la végétation sauvage ou de la forêt, et de la prédiction de la susceptibilité à l'ignition de feu. A cet égard, l'objectif principal de cette Thèse a été d'effectuer une recherche statistique/géospatiale avec une forte application dans des cas réels, pour analyser et décrire des phénomènes environnementaux complexes aussi bien que surmonter des problèmes méthodologiques non résolus relatifs à la caractérisation des structures spatio-temporelles, particulièrement, celles des occurrences de feux forestières. Ainsi, cette Thèse fournit une réponse à la demande croissante de la gestion et du monitoring environnemental pour le déploiement d'outils d'évaluation des risques et des dangers naturels et anthro- pogéniques. Les majeures contributions de ce travail ont été présentées aux conférences nationales et internationales, et ont été aussi publiées dans 5 revues internationales avec comité de lecture. Des collaborations nationales et internationales ont été aussi établies et accomplies avec succès.

Eletrólise de resíduos poluidores: I - Efluente de uma indústria liofilizadora de condimentos

Wastewater from a seasoning freeze-drying industry was electrolysed to increase its biodegradability. Stainless-steel electrodes were used at 9.09 A/m², for up to 80 min. Conductivity, pH, biochemical (BOD) and chemical (COD) oxygen demands, Daphnia similis acute toxicity bioassays, and bacteria counting through the plate count agar method were determined after different times of electrolysis. The results (e.g. higher BOD and lower COD) showed that the biodegradability of the wastewater was significantly increased; furthermore, Fe2+ ions liberated by the electrodes cause microorganisms to die and, when oxidised to Fe3+, contribute for the flocculation and sedimentation of solid residues.

Study of linkage between miniature and singed genes in Drosophila melanogaster

We have developed a practical exercise for undergraduate students whose main aim is to identify, using genetic crosses, a pair of D. melanogaster mutations (miniature and singed). Each student receives a vial with the problem strain containing two unknown mutations. The first step is to observe and describe both mutations. Then, the students carry out genetic crosses between mutant and normal strains: (P) ♀ mutant strain × ♂ normal strain (P) ♀ normal strain × ♂ mutant strain A different offspring is expected in these crosses: in the first one we will obtain normal females and m sn males, whereas in the second all individuals will present normal phenotype. It is possible to deduce that both are sex linked mutations. With this information and to simplify the amount of work, only F1 individuals from the first cross will be used (m+sn+ / m sn × m sn / Y chrom.) to obtain the F2 generation. By counting the number of miniature (recombinant type), singed (recombinant type), miniature-singed (parental type) and normal (parental type) flies it is possible to estimate the recombination frequency between both genes. Knowing the phenotype, their chromosomal location (X chromosome) and the genetic distance between both mutations, it is possible to identify them by finding all this information in a Drosophila melanogaster genetic map. Additionally, a statistical analysis can be carried out to compare the number of expected F2 individuals with those observed in the experiment. As the distance between both genes is 15.1 m.u., then the expected percentages for each phenotype would be: normal (42.45%), miniature-signed (42.45%), miniature (7.55%) and singed (7.55%). Multiplying the frequency of each class by the total number of individuals obtained in the F2 it is possible to estimate the expected number of flies for each class. Finally, a χ2 test can be computed to ascertain whether there are significant differences between expected and observed number of individuals.

Teknologiainvestointien vaikutus huonekaluja valmistavien yritysten kannattavuuteen

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Etelä-Pohjanmaalla huonekaluja valmistavien yritysten kone- ja laiteinvestointien vaikutusta yritysten kannattavuuteen. Toisena tavoitteena oli selvittää, millaisia investointiprosessia tukevia asiantuntijapalveluja yritykset ovat käyttäneet teknologiainvestointien yhteydessä sekä millaisille palveluille yrityksillä on tarvetta. Kannattavuuden tarkastelu kohdistui viiden huonekalutehtaan tilinpäätöstietoihin. Tarkasteltavaan yritysryhmään valittiin yritykset, jotka ovat investoineet selkeästi EU:n keskimääräistä investointitasoa enemmän. Kannattavuusvertailun mittareiksi valittiin liikevaihdon määrä henkilöä kohden, käyttökate, liikevoitto ja sijoitetun pääoman tuotto. Palvelutarvekysely kohdistui myös viiteen yritykseen, jotka olivat osin samoja yrityksiä kuin kannattavuustarkastelussa. Haastattelun avulla kartoitettiin yritysten kone- ja laiteinvestointien suunnittelu- ja käyttöönottovaiheen asiantuntijapalveluiden käyttöä ja niistä saatuja kokemuksia sekä kysyttiin yritysten tarpeet uusille asiantuntijapalveluille. Kannattavuustutkimuksen tuloksena voidaan havaita, että keskimääräistä enemmän koneisiin ja laitteisiin investoineet huonekaluyritykset toimivat kannattavammin kuin ne yritykset, jotka eivät tee merkittäviä investointeja. Haastattelututkimuksen tuloksena voidaan todeta, että yritykset ovat käyttäneet pääasiassa oman tilitoimiston palveluja investointien kannattavuutta ja tuotantokapasiteettia arvioidessaan. Koneiden käyttöönotossa yritykset ovat käyttäneet lähinnä koneiden maahantuojien koulutus- ja asennuspalveluja. Uusina palvelutarpeina esiin nousi koneiden tekninen vertailu ja investointiavustusten ja -lainojen hakuprosessia tukevat palvelut.

Fotoiniciação de polimerização vinílica

The initiation step of the light-induced polymerization kinetics of vinyl monomers using dye-sensitized photoinitiators to generate active radicals is discussed. The photoredox processes of basic dyes with amines and sulfinates are described as photochemical systems capable of starting free-radical polymerization of vinyl monomers in homogeneous and microheterogeneous media. Photophysical techniques like laser flash photolysis and time-correlated single photon counting are used to investigate the excited-state kinetics of the dyes.

Tuotetiedon soveltaminen varastotiedon hallinnan parantamisessa

Inventory data management is defined as an accurate creation and maintenance of item master data, inventory location data and inventory balances per an inventory location. The accuracy of inventory data is dependent of many elements of the product data management like the management of changes during a component’s life-cycle and the accuracy of product configuration in enterprise resource planning systems. Cycle-counting is counting of inventory balances per an inventory location and comparing them to the system data on a daily basis. The Cycle-counting process is a way to measure the accuracy of the inventory data in a company. Through well managed cycle-counting process a company gets a lot of information of their inventory data accuracy. General inaccuracy of the inventory data can’t be fixed through only assigning resources to the cycle-counting but the change requires disciplined following of the defined processes from all parties involved in updating inventory data through a component’s life-cycle. The Processes affecting inventory data are mapped and the appropriate metrics are defined in order to achieve better manageability of the inventory data. The Life-cycles of a single component and of a product are used in evaluation of the processes.

Epäpuhtauksien optinen laskenta sulpusta

Työn tarkoituksena oli hakea mittausjärjestelmän raja-arvoja optiselle kamerapohjaiselle roskalaskentajärjestelmälle sekä testata roskalaskentajärjestelmän toimivuus käytännössä. Tavoitteena oli tuotteistaa kamerapohjainen roskalaskenta-analyysi palvelutuotteeksi, jota voitaisiin hyödyntää sihtien kuntokartoituksessa ja ongelmanratkaisuvälineenä. Teoriaosa koostui kahdesta kokonaisuudesta: sulpun epäpuhtauksista, roskalaskennan teoriasta ja epäpuhtauksien mittausmenetelmistä sekä markkinoinnista, tuotteistamis- ja lanseerausprosessista palvelutuotteen näkökulmasta. Kokeellisessa osassa selvitettiin kamerapohjaiseen roskalaskentaanalyysiin vaikuttavia tekijöitä: kameran tarkennus, kuvan terävyys, analysoitavan arkin väri, neliömassa ja roskapitoisuus, impregnointi, valonlähde, kuvan muokkaus, tiedostomuoto ja pikselimäärä. Kamerapohjaisen roskalaskenta-analyysin soveltuvuus käytäntöön testattiin tehdasesimerkin avulla. Havaittiin, että kamerapohjaista roskalaskenta-analyysiä voitaisiin käyttää lähes kaikille massatyypeille. Työssä määriteltiin kalibrointimenetelmä kameran tarkentamiseksi arkin tasoon sekä suljinnopeusanalyysi massatyypistä riippuvan suljinnopeuden selvitykseen. Kamerapohjaisessa roskalaskenta-analyysissä määritettiin käytettäväksi arkin neliömassana 60 g/m2, suljinaukkoa F5 ja terävyysasetusta 5. Tulokseksi saatiin, että analysoitavia arkkeja ei tarvitse impregnoida tai jälkikäsitellä. Korrelaatiota Somerville-erotustehokkuuteen ei löytynyt. Esimerkkitehtaasta selvitettiin primääriportaan roskapitoisuudet ja erotustehokkuudet. Tehdasesimerkin tulosten perusteella havaittiin happivaiheen ja D0-vaiheen olleen tehokkaimpia epäpuhtauksien poistajia.

Winner-Loser Performance and Macroeconomic Effects during three last Economic Crises in Finnish Stock Market

The main purpose of this thesis is to investigate winner-loser performance when financial markets are facing crisis. This is examined through the idea that does the prior loser portfolios outperform the prior winner portfolios during the three major crises: The depression of the 1990s, the IT-Bubble and the Subprime -crisis. Firstly, the winner and loser portfolios superiority is counted by using the cumulative excess returns from the examination period. The portfolios were formed by counting the excess returns and locating them in to the order of superiority. The excess returns are counted by using one year pre-data before the actual examination period. The results of this part did not support the results of De Bondt & Thaler’s (1985) paper. Secondly, it is investigated how the Finnish and the US macroeconomic factors are seen to be affecting the stock market valuation in Finnish Stock Markets during economic crises. This is done to explain better the changes in the successes of the winner-loser performance. The crises included different amount of selected macro factors. Two latest crises involved as well few selected US macro factors. Exclusively the IT-Bubble -crisis had the most statistically significant results with the US factors. Two other crises did not receive statistically significant results. An extra research was produced to study do the US macro factors impact more significantly on Finnish stock exchange after lags. The selected lags were three, six, nine and twelve months. Three and six month lagged US macro factors during the IT-Bubble -crisis improved the results. The extra research did not improve the results of the Subprime -crisis.

Datação radiocarbônica de sítios arqueológicos do tipo sambaqui pela técnica de absorção de CO2: uma alternativa à síntese benzênica

The sambaquis are archaeological sites with remains of pre-historical Brazilian civilizations. They look like small hills containing different kinds of shells, animal and fish bones, small artifacts and even human skeletons. Since the sambaqui sites in the Rio de Janeiro state are younger than 6000 years, the applicability of CO2 absorption on Carbo-Sorb® and 14C determination by counting on a low background liquid scintillation counter was tested. The International Atomic Energy Agency standard reference material IAEA-C2 was used in order to standardize the method. Nine sambaqui samples from five different archaeological sites found in the Rio de Janeiro state were analyzed and 14C ages between 2100 and 3600 years BP were observed. The same samples were sent to the 14C Laboratory of the Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/USP) where similar results were obtained.

Elinkaariarvioinnin hyödyntäminen pumpputehtaan ympäristötoimenpiteiden tunnistamisessa

Voimistuvan kasvihuoneilmiön myötä kiinnostus hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen on lisääntynyt. Ympäristöteknologian tavoitteena on hidastaa tämän ilmiön haitallisia vaikutuksia maailmanlaajuisesti, kansallisesti sekä yritystasolla. Yrityksillä on yhä suurempi paine valmistaa tuotteita ympäristöä vähemmän kuormittavasti. Työn tavoitteena on tarkastella elinkaariarvioinnin käytettävyyttä, kun halutaan tunnistaa pumpputehtaan mahdollisuuksia pienentää tuotteidensa valmistuksen ympäristönkuormittavuutta. Työssä pyritään myös selvittämään ne pumpun valmistuksen prosessit, jotka tuottavat eniten kasvihuonekaasupäästöjä. Tarkastelussa on keskitytty lähinnä hiilidioksidipäästöjen laskentaan. Työssä on käytetty elinkaariarvioinnin menetelmää ja työ noudattaa SFS ISO 14040 ja 14044 standardia. Elinkaariarviointi on hyväksi havaittu keino tunnistaa ne tuotteen tai palvelun yksikköprosessit, joilla on suurin vaikutus ympäristöön. Tutkimuksessa luotiin elinkaariarviointi pumppulaitoksen vuosittain tuottamille pumpuille. Samalla toteutettiin elinkaariarviointiin Excel-malli, jolla voidaan arvioida yksittäisten pumppujen valmistuksen hiilidioksidipäästöt. Tulosten pohjalta on tehty myös joitakin ehdotuksia pumpun valmistuksen hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Laskennassa käytetty aineisto kerättiin kirjallisuudesta, pumppulaitoksen alihankkijoilta sekä julkaistuista elinkaariarvioinneista vuoden 2008 kesän aikana. Työssä on osoitettu, että elinkaariarviointia voidaan hyödyntää tunnistettaessa pumpputehtaan ympäristötoimenpiteitä. Saatujen tulosten luotettavuus on kuitenkin riippuvainen käytettävissä olevista resursseista sekä lähtötietojen tarkkuudesta. Erityisesti valimoiden ilmoittamat energiankulutusmäärät vaikuttavat tulosten tarkkuuteen. Tarkempien tulosten saaminen edellyttäisi muun muassa tehtaan alihankkijoiden parempaa tietoisuutta omasta energiankulutuksestaan.

Polarimetric 3D integral imaging in photon-starved conditions

We develop a method for obtaining 3D polarimetric integral images from elemental images recorded in low light illumination conditions. Since photon-counting images are very sparse, calculation of the Stokes parameters and the degree of polarization should be handled carefully. In our approach, polarimetric 3D integral images are generated using the Maximum Likelihood Estimation and subsequently reconstructed by means of a Total Variation Denoising filter. In this way, polarimetric results are comparable to those obtained in conventional illumination conditions. We also show that polarimetric information retrieved from photon starved images can be used in 3D object recognition problems. To the best of our knowledge, this is the first report on 3D polarimetric photon counting integral imaging.

Tratamento de águas de refrigeração com peróxido de hidrogênio

Hydrogen peroxide and chlorine are compared as possible disinfectants for water-cooling circuits. To this purpose, samples taken from the cooling system of a steel making plant were treated (at 25ºC and pH values of 5.5 and 8.5) with varying amounts of the two oxidizing agents (0.0 mg/L, 2.0 mg/L and 6.0 mg/L). The results were evaluated through bacterial counting and measurement of corrosion rates upon AISI1020 carbon steel coupons. Bacterial removal and corrosion effects proved to be similar and satisfactory for both reagents.

Medidas de tensão superficial pelo método de contagem de gotas: descrição do método e experimentos com tensoativos não-iônicos etoxilados

Surface tension knowledge of surfactants aqueous solutions is important during amphiphilic molecule manufacturing and new product development, as feedback information to handle synthesis parameters to target performance. Drop counting method is an interesting simplification of drop weight method for surface tension measurements. A simple laboratory measurement device, with capability for temperature control, was assembled to allow investigation of ethoxylated surfactants. The implementation of the method was preceded by a detailed investigation of two factors that may affect the measured surface tension: drop formation velocity and surfactant ethoxylation degree. The limitations of the method are discussed on this basis.

Desenvolvimento de um titulador baseado na contagem de gotas

TitDrop II, a practice low-cost titrator based on drop counting is proposed. A microcomputer counts drops in an opto-switch and it receives pH values from a commercial pHmeter with RS-232 serial port. The volume of drops must kept constant and the amount of base in each drop is obtained by standardization in the titrator. A linear behavior between height of reservoir of titrant and drop frequency was observed, but there is no influence of low height on drop volume. Acetic acidity in samples of vinager was compared with volumetric titration, and deviation between -2.6 to 3.9% was observed.

Adsorção e propriedades de volume de misturas binárias água álcool: um experimento didático com base em medidas de tensão superficial

An undergraduate physical chemistry experiment based on the drop counting method for surface tension measurements is proposed to demonstrate adsorption isotherms of binary aqueous solutions of ethanol, n-propanol, and n-butanol. Excess surface is obtained by the derivative of surface tension taken with respect to alcohol activity, after this activity calculation using van Laar equation. Laboratory class contents are surface tension, excess surface, percolation of hydrogen bonds, micelle, activity, and ideal solution.