Characterisation of the LMS200 laser beam under the influence of blockage surfaces. Influence on 3D scanning of tree orchards

The geometric characterisation of tree orchards is a high-precision activity comprising the accurate measurement and knowledge of the geometry and structure of the trees. Different types of sensors can be used to perform this characterisation. In this work a terrestrial LIDAR sensor (SICK LMS200) whose emission source was a 905-nm pulsed laser diode was used. Given the known dimensions of the laser beam cross-section (with diameters ranging from 12 mm at the point of emission to 47.2 mm at a distance of 8 m), and the known dimensions of the elements that make up the crops under study (flowers, leaves, fruits, branches, trunks), it was anticipated that, for much of the time, the laser beam would only partially hit a foreground target/object, with the consequent problem of mixed pixels or edge effects. Understanding what happens in such situations was the principal objective of this work. With this in mind, a series of tests were set up to determine the geometry of the emitted beam and to determine the response of the sensor to different beam blockage scenarios. The main conclusions that were drawn from the results obtained were: (i) in a partial beam blockage scenario, the distance value given by the sensor depends more on the blocked radiant power than on the blocked surface area; (ii) there is an area that influences the measurements obtained that is dependent on the percentage of blockage and which ranges from 1.5 to 2.5 m with respect to the foreground target/object. If the laser beam impacts on a second target/object located within this range, this will affect the measurement given by the sensor. To interpret the information obtained from the point clouds provided by the LIDAR sensors, such as the volume occupied and the enclosing area, it is necessary to know the resolution and the process for obtaining this mesh of points and also to be aware of the problem associated with mixed pixels.

Performance of an ultrasonic ranging sensor in apple tree canopies

Electronic canopy characterization is an important issue in tree crop management. Ultrasonic and optical sensors are the most used for this purpose. The objective of this work was to assess the performance of an ultrasonic sensor under laboratory and field conditions in order to provide reliable estimations of distance measurements to apple tree canopies. To this purpose, a methodology has been designed to analyze sensor performance in relation to foliage ranging and to interferences with adjacent sensors when working simultaneously. Results show that the average error in distance measurement using the ultrasonic sensor in laboratory conditions is ±0.53 cm. However, the increase of variability in field conditions reduces the accuracy of this kind of sensors when estimating distances to canopies. The average error in such situations is ±5.11 cm. When analyzing interferences of adjacent sensors 30 cm apart, the average error is ±17.46 cm. When sensors are separated 60 cm, the average error is ±9.29 cm. The ultrasonic sensor tested has been proven to be suitable to estimate distances to the canopy in field conditions when sensors are 60 cm apart or more and could, therefore, be used in a system to estimate structural canopy parameters in precision horticulture.

Evolución de la mortalidad por cáncer de mama y diseminación de la mamografía de cribado en Cataluña: un análisis por regiones sanitarias

Fundamento: El descenso de las tasas de mortalidad por cáncer de mama (CM) se ha atribuido a la implantación de programas de cribado y a avances terapéuticos. El objetivo de este trabajo es comparar la evolución de su mortalidad en las regiones sanitarias de Cataluña en el periodo 1993-2007. Paralelamente, se ha analizado la diseminación de la mamografía periódica en las regiones sanitarias. Métodos: Se analizaron los datos del registro de mortalidad y encuestas de salud. Se utilizaron regresiones de Poisson y «joinpoint» para comparar las tasas de mortalidad por CM y analizar su evolución temporal. Se utilizaron modelos de efectos mixtos para comparar el nivel y la evolución de la mortalidad por regiones. Resultados. La tasa de mortalidad por CM descendió un 3% anual en Cataluña. Entre 1993 y 2007, la tasa estandarizada varió de 34,8 a 23,3 por 100.000 mujeres. Barcelona ciutat presentó unas tasas de mortalidad más elevadas que las regiones Centre (ratio de tasas (RT)=0,87), Costa de Ponent (RT=0,89), Tarragona (RT=0,9) y Lleida (RT=0,915), pero estas diferencias tendieron a desaparecer. No se observaron cambios de tendencia en la evolución de la mortalidad de las regiones, excepto en la región Centre. Durante los años 1990 Barcelona ciutat presentó unos porcentajes de utilización de mamografía periódica del 36,1% de las mujeres de 40-74 años, en la encuesta de 1994, la región Centre (23,7%) y Costa de Ponent (25,2%). Conclusiones: La progresiva utilización de mamografía periódica y la disminución de la mortalidad por CM fueron similares en las regiones sanitarias de Cataluña.

Innovative LIDAR 3D dynamic measurement system to estimate fruit-tree leaf area

In this work, a LIDAR-based 3D Dynamic Measurement System is presented and evaluated for the geometric characterization of tree crops. Using this measurement system, trees were scanned from two opposing sides to obtain two three-dimensional point clouds. After registration of the point clouds, a simple and easily obtainable parameter is the number of impacts received by the scanned vegetation. The work in this study is based on the hypothesis of the existence of a linear relationship between the number of impacts of the LIDAR sensor laser beam on the vegetation and the tree leaf area. Tests performed under laboratory conditions using an ornamental tree and, subsequently, in a pear tree orchard demonstrate the correct operation of the measurement system presented in this paper. The results from both the laboratory and field tests confirm the initial hypothesis and the 3D Dynamic Measurement System is validated in field operation. This opens the door to new lines of research centred on the geometric characterization of tree crops in the field of agriculture and, more specifically, in precision fruit growing.

Measuring oscillating walking paths with a LIDAR

This work describes the analysis of different walking paths registered using a Light Detection And Ranging (LIDAR) laser range sensor in order to measure oscillating trajectories during unsupervised walking. The estimate of the gait and trajectory parameters were obtained with a terrestrial LIDAR placed 100 mm above the ground with the scanning plane parallel to the floor to measure the trajectory of the legs without attaching any markers or modifying the floor. Three different large walking experiments were performed to test the proposed measurement system with straight and oscillating trajectories. The main advantages of the proposed system are the possibility to measure several steps and obtain average gait parameters and the minimum infrastructure required. This measurement system enables the development of new ambulatory applications based on the analysis of the gait and the trajectory during a walk.

Cost-effectiveness of early detection of breast cancer in Catalonia (Spain)

Background: Breast cancer (BC) causes more deaths than any other cancer among women in Catalonia. Early detection has contributed to the observed decline in BC mortality. However, there is debate on the optimal screening strategy. We performed an economic evaluation of 20 screening strategies taking into account the cost over time of screening and subsequent medical costs, including diagnostic confirmation, initial treatment, follow-up and advanced care. Methods: We used a probabilistic model to estimate the effect and costs over time of each scenario. The effect was measured as years of life (YL), quality-adjusted life years (QALY), and lives extended (LE). Costs of screening and treatment were obtained from the Early Detection Program and hospital databases of the IMAS-Hospital del Mar in Barcelona. The incremental cost-effectiveness ratio (ICER) was used to compare the relative costs and outcomes of different scenarios. Results: Strategies that start at ages 40 or 45 and end at 69 predominate when the effect is measured as YL or QALYs. Biennial strategies 50-69, 45-69 or annual 45-69, 40-69 and 40-74 were selected as cost-effective for both effect measures (YL or QALYs). The ICER increases considerably when moving from biennial to annual scenarios. Moving from no screening to biennial 50-69 years represented an ICER of 4,469€ per QALY. Conclusions: A reduced number of screening strategies have been selected for consideration by researchers, decision makers and policy planners. Mathematical models are useful to assess the impact and costs of BC screening in a specific geographical area.

Flow resistance equations for mountain rivers

Three models of flow resistance (a Keulegan-type logarithmic law and two models developed for large-scale roughness conditions: the full logarithmic law and a model based on an inflectional velocity profile) were calibrated, validated and compared using an extensive database (N = 1,533) from rivers and flumes, representative of a wide hydraulic and geomorphologic range in the field of gravel-bed and mountain channels. It is preferable to apply the model based on an inflectional velocity profile in the relative submergence (y/d90) interval between 0.5 and 15, while the full logarithmic law is preferable for values below 0.5. For high relative submergence, above 15, either the logarithmic law or the full logarithmic law can be applied. The models fitted to the coarser percentiles are preferable to those fitted to the median diameter, owing to the higher explanatory power achieved by setting a model, the smaller difference in the goodness-of-fit between the different models and the lower influence of the origin of the data (river or flume).

Contribution of early detection and adjuvant treatments to breast cancer mortality reduction in Catalonia, Spain

Background: Reductions in breast cancer (BC) mortality in Western countries have been attributed to the use of screening mammography and adjuvant treatments. The goal of this work was to analyze the contributions of both interventions to the decrease in BC mortality between 1975 and 2008 in Catalonia. Methodology/Principal Findings: A stochastic model was used to quantify the contribution of each intervention. Age standardized BC mortality rates for calendar years 1975-2008 were estimated in four hypothetical scenarios: 1) Only screening, 2) Only adjuvant treatment, 3) Both interventions, and 4) No intervention. For the 30-69 age group, observed Catalan BC mortality rates per 100,000 women-year rose from 29.4 in 1975 to 38.3 in 1993, and afterwards continuously decreased to 23.2 in 2008. If neither of the two interventions had been used, in 2008 the estimated BC mortality would have been 43.5, which, compared to the observed BC mortality rate, indicates a 46.7% reduction. In 2008 the reduction attributable to screening was 20.4%, to adjuvant treatments was 15.8% and to both interventions 34.1%. Conclusions/Significance: Screening and adjuvant treatments similarly contributed to reducing BC mortality in Catalonia. Mathematical models have been useful to assess the impact of interventions addressed to reduce BC mortality that occurred over nearly the same periods.

Fórmulas para el cálculo aproximado de la capacidad de transporte de sedimentos en ríos de montaña

El cálculo de la capacidad de una corriente para el transporte de sedimentos de fondo requiere información sobre las características hidráulicas, geomorfológicas y granulométricas del cauce. Sin embargo, en ríos de fuerte pendiente y para caudales que superen ampliamente el umbral del movimiento de las partículas se dan una serie de circunstancias que permiten calcular el caudal sólido de acarreo a partir de ecuaciones muy simples, que involucran únicamente caudal líquido y pendiente longitudinal del lecho, con el consiguiente ahorro. En contrapartida la precisión de dichas ecuaciones es inferior, por lo que se recomienda restringir su empleo a la obtención de un primer orden de magnitud de la carga de fondo. En el presente artículo se incluye una compilación de este tipo de ecuaciones, así como un ejemplo ilustrativo de su utilización.

Fórmulas estadísticas de resistencia al flujo para hidráulica fluvial

El empleo en hidráulica en lámina libre de las ecuaciones de resistencia al flujo de Gauckler-Manning o Darcy-Weisbach requiere la determinación de un coeficiente de resistencia; determinación que si bien es suficientemente precisa con un reducido esfuerzo y coste en cauces artificiales, resulta mucho más difícil y cara en ríos. Con objeto de eliminar la necesidad de una estimación independiente del coeficiente de resistencia se han desarrollado estadísticamente una serie de ecuaciones para flujo permanente y uniforme en ríos, en las que se prescinde de dicho coeficiente. El presente artículo pretende ser una revisión de las fórmulas de este último tipo más difundidas en la práctica de la hidráulica fluvial.

Predicción de la resistencia al flujo en ríos de montaña

Se han calibrado, validado y comparado tres modelos de resistencia al flujo de contorno granular: un modelo potencial y otros dos modelos desarrollados para condiciones de alta rugosidad relativa (uno basado en una modificación de la ley logarítmica de Prandtl-von Karman y otro fundamentado en un perfil de velocidad configurado en dos zonas: una uniforme en las proximidades de los elementos de rugosidad y otra superior que sigue una distribución logarítmica). Se ha empleado para ello un numeroso conjunto de 1.533 datos tomados en ríos y en canales de laboratorio, representativo de un amplio intervalo hidráulico y geomorfológico en el ámbito de ríos de grava y de montaña. Han resultado preferibles las ecuaciones ajustadas con los percentiles granulométricos mayores (d90 o d84) que las ajustadas con el diámetro mediano (d50), debido a la mayor capacidad explicativa alcanzada dado un modelo, la menor diferencia en la bondad de ajuste entre los diferentes modelos y la menor influencia del origen de los datos (río o canal de laboratorio). Las ecuaciones ajustadas de acuerdo con los modelos en donde se contemplan condiciones de alta rugosidad relativa presentan predicciones similares, exceptuando el intervalo macrorrugoso (y/d90 < 1), en el que es preferible la correspondiente al modelo fundamentado en el perfil de velocidad configurado en dos zonas. Se recomienda restringir la aplicación de la ecuación ajustada con arreglo a la ley potencial al intervalo de y/d90 comprendido entre uno y veinte, puesto que fuera de dicho intervalo tiende a infraestimar notablemente la resistencia al flujo.

Desarrollo de ecuaciones de flujo uniforme para ríos de montaña

Con base en una selección de 145 datos pertenecientes a ríos de montaña de fuerte pendiente (entre el 1 y 5%), de alineación no sinuosa, sin vegetación significativa en el cauce y sin transporte intenso de sedimentos, se han desarrollado un conjunto de eucaciones en régimen permanente y uniforme que no requieren la estimación independiente de coeficiente de resistencia alguno, con la subsiguiente reducción en coste y esfuerzo de cálculo. Siempre que se observe estrictamente el rango experimental en el que rigen, las ecuaciones derivadas permiten una predicción de precisión equiparable a los métodos basados en la determinacion de un coeficiente de resistencia adecuado para el tramo de estudio.

Métodos para la determinación del coeficiente de resistencia al flujo en cauces de rugosidad heterogénea

Al abordar problemas hidráulicos en cauces en los que la rugosidad varía a lo largo del perímetro, es usual el empleo de un único coeficiente de rugosidad de efectos hidráulicos equivalentes. Desde finales del primer tercio del siglo XX, se han ido proponiendo diversas expresiones para la determinación de un coeficiente de rugosidad equivalente, diferenciándose éstas en las hipótesis hidráulicas asumidas. En el presente trabajo se han revisado ocho de estas ecuaciones, proponiéndose la modificación de una de ellas, y, a la luz de las hipótesis propuestas en cada una, se recomienda su uso más adecuado en función de la heterogeneidad geométrica de la sección estudiada. A efectos ilustrativos, se han contrastado numéricamente las fórmulas recopiladas, aplicándolas a un hipotético cauce natural con márgenes más rugosos que el lecho. Asimismo, se han proporcionado una serie de pautas a fin de caracterizar adecuadamente la heterogeneidad de la rugosidad en el contorno, y obtener así una división en subsecciones lo más fundamentada posible en criterios hidráulicos. Por último, a partir de la revisión de las experiencias en campo y laboratorio realizadas en esta materia durante los últimos treinta años, se intentan extraer algunas conclusiones sobre la capacidad de predicción de las fórmulas recopiladas.

Desarrollo de ecuaciones de flujo uniforme para ríos de grava

Con base en un conjunto de 904 datos hidrométricos pertenecientes a ríos de grava (de alienación no sinuosa desprovistos de cubierta vegetal significativa en el cauce y carentes de obstáculos) se han desarrollado un conjunto de ecuaciones en régimen uniforme que no requieren la estimación independiente de un coeficiente de resistencia, con la subsiguiente reducción de coste y esfuerzo de cálculo. Siempre que se respete estrictamente el rango experimental en el que rigen, las ecuaciones derivadas permiten una predicción de precisión equiparable a la de aquellos métodos basados en la determinación de un coeficiente de resistencia adecuado para el tramo de estudio.

Expresiones para la determinación del factor de fricción en ríos de fuerte pendiente

Con base en una selección de 145 datos pertenecientes a ríos de montaña de fuerte pendiente (³ 1%) se han desarrollado cinco expresiones para determinar el factor de fricción de Darcy-Weisbach. La primera expresión se fundamenta en la aplicación para flujo turbulento rugoso en lámina libre de la ley semilogarítmica de Prandtl-Kárman, que es función de la sumersión relativa (relación entre el calado medio y la rugosidad equivalente). La segunda y tercera corresponden a correciones de la primera para flujo macrorrugoso, propuestas por Thompson y Campbell (1979) y Aguirre-Pe y Fuentes (1990) respectivamente. La cuarta ecuación consiste una en potencia de la sumersión relativa, mientras que la quinta corrige la fórmula anterior incorporando una potencia de la pendiente, tal y como propugnan Meunier (1989) y Rickenmann (1990). Las expresiones derivadas presentan un ajuste significativo, si se tienen en cuenta las limitaciones hidrométricas existentes en ríos de material grueso y fuerte pendiente. Destaca el mayor ajuste conseguido con las ecuaciones con las ecuaciones del tipo potencial frente a las del tipo semilogarítmico. Se ha encontrado, asimismo, una capacidad de predicción ligeramente superior en aquellas expresiones que incluyen modificaciones respecto a la ecuación original, ecuaciones del tipo segundo, tercero y quinto anteriormente indicado.