Aplicació d'algoritmes genètics en l'optimització dels processos de fabricació del paper

La creciente preocupación y concienciación de la sociedad respecto el medio ambiente, y en consecuencia la legislación y regulaciones generadas inducen a la modificación de los procesos productivos existentes en la industria química. Las configuraciones iniciales deben modificarse para conseguir una mayor integración de procesos. Para este fin se han creado y desarrollado diferentes metodologías que deben facilitar la tarea a los responsables del rediseño. El desarrollo de una metodología y herramientas complementarias es el principal objetivo de la investigación aquí presentada, especialmente centrada en el desarrollo y la aplicación de una metodología de optimización de procesos. Esta metodología de optimización se aplica sobre configuraciones de proceso existentes y pretende encontrar nuevas configuraciones viables según los objetivos de optimización fijados. La metodología tiene dos partes diferenciadas: la primera se basa en un simulador de procesos comercial y la segunda es la técnica de optimización propiamente dicha. La metodología se inicia con la elaboración de una simulación convenientemente validada que reproduzca el proceso existente, en este caso una papelera no integrada que produce papel estucado de calidad, para impresión. A continuación la técnica de optimización realiza una búsqueda dentro del dominio de los posibles resultados, en busca de los mejores resultados que satisfazcan plenamente los objetivos planteados. Dicha técnica de optimización está basada en los algoritmos genéticos como herramienta de búsqueda, junto a un subprograma basado en técnicas de programación matemática para el cálculo de resultados. Un número reducido de resultados son finalmente escogidos y utilizados para modificar la simulación existente fijando la redistribución de los flujos del proceso. Los resultados de la simulación del proceso determinan en último caso la viabilidad técnica de cada reconfiguración planteada. En el proceso de optimización, los objetivos están definidos en una función objetivo dentro de la técnica de optimización. Dicha función rige la búsqueda de resultados. La función objetivo puede ser individual o una combinación de objetivos. En el presente caso, la función persigue una minimización del consumo de agua y una minimización de la pérdida de materia prima. La optimización se realiza bajo restricciones para alcanzar este objetivo combinado en forma de una solución de compromiso. Producto de la aplicación de esta metodología se han obtenido resultados interesantes que significan una mejora del cierre de circuitos y un ahorro de materia prima, sin comprometer al mismo tiempo la operabilidad del proceso producto ni la calidad del papel.

Image classification for a large number of object categories

L'increment de bases de dades que cada vegada contenen imatges més difícils i amb un nombre més elevat de categories, està forçant el desenvolupament de tècniques de representació d'imatges que siguin discriminatives quan es vol treballar amb múltiples classes i d'algorismes que siguin eficients en l'aprenentatge i classificació. Aquesta tesi explora el problema de classificar les imatges segons l'objecte que contenen quan es disposa d'un gran nombre de categories. Primerament s'investiga com un sistema híbrid format per un model generatiu i un model discriminatiu pot beneficiar la tasca de classificació d'imatges on el nivell d'anotació humà sigui mínim. Per aquesta tasca introduïm un nou vocabulari utilitzant una representació densa de descriptors color-SIFT, i desprès s'investiga com els diferents paràmetres afecten la classificació final. Tot seguit es proposa un mètode par tal d'incorporar informació espacial amb el sistema híbrid, mostrant que la informació de context es de gran ajuda per la classificació d'imatges. Desprès introduïm un nou descriptor de forma que representa la imatge segons la seva forma local i la seva forma espacial, tot junt amb un kernel que incorpora aquesta informació espacial en forma piramidal. La forma es representada per un vector compacte obtenint un descriptor molt adequat per ésser utilitzat amb algorismes d'aprenentatge amb kernels. Els experiments realitzats postren que aquesta informació de forma te uns resultats semblants (i a vegades millors) als descriptors basats en aparença. També s'investiga com diferents característiques es poden combinar per ésser utilitzades en la classificació d'imatges i es mostra com el descriptor de forma proposat juntament amb un descriptor d'aparença millora substancialment la classificació. Finalment es descriu un algoritme que detecta les regions d'interès automàticament durant l'entrenament i la classificació. Això proporciona un mètode per inhibir el fons de la imatge i afegeix invariança a la posició dels objectes dins les imatges. S'ensenya que la forma i l'aparença sobre aquesta regió d'interès i utilitzant els classificadors random forests millora la classificació i el temps computacional. Es comparen els postres resultats amb resultats de la literatura utilitzant les mateixes bases de dades que els autors Aixa com els mateixos protocols d'aprenentatge i classificació. Es veu com totes les innovacions introduïdes incrementen la classificació final de les imatges.

Desenvolupament, implementació i aplicació de noves metodologies per a l'estudi de la reactivitat química i de les propietats òptiques no lineals

El coneixement de la superfície d'energia potencial (PES) ha estat essencial en el món de la química teòrica per tal de discutir tant la reactivitat química com l'estructura i l'espectroscòpia molecular. En el camp de la reactivitat química es hem proposat continuar amb el desenvolupament de nova metodologia dins el marc de la teoria del funcional de la densitat conceptual. En particular aquesta tesis es centrarà en els següents punts: a) El nombre i la naturalesa dels seus punts estacionaris del PES poden sofrir canvis radicals modificant el nivell de càlcul utilitzats, de tal manera que per estar segurs de la seva naturalesa cal anar a nivells de càlcul molt elevats. La duresa és una mesura de la resistència d'un sistema químic a canviar la seva configuració electrònica, i segons el principi de màxima duresa on hi hagi un mínim o un màxim d'energia trobarem un màxim o un mínim de duresa, respectivament. A l'escollir tot un conjunt de reaccions problemàtiques des del punt de vista de presència de punts estacionaris erronis, hem observat que els perfils de duresa són més independents de la base i del mètode utilitzats, a més a més sempre presenten el perfil correcte. b) Hem desenvolupat noves expressions basades en les integracions dels kernels de duresa per tal de determinar la duresa global d'una molècula de manera més precisa que la utilitzada habitualment que està basada en el càlcul numèric de la derivada segona de l'energia respecte al número d'electrons. c) Hem estudiat la validesa del principis de màxima duresa i de mínima polaritzabiliat en les vibracions asimètriques en sistemes aromàtics. Hem trobat que per aquests sistemes alguns modes vibracionals incompleixen aquests principis i hem analitzat la relació d'aquest l'incompliment amb l'efecte de l'acoblament pseudo-Jahn-Teller. A més a més, hem postulat tot un conjunt de regles molt senzilles que ens permetien deduir si una molècula compliria o no aquests principis sense la realització de cap càlcul previ. Tota aquesta informació ha estat essencial per poder determinar exactament quines són les causes del compliment o l'incompliment del MHP i MPP. d) Finalment, hem realitzat una expansió de l'energia funcional en termes del nombre d'electrons i de les coordenades normals dintre del conjunt canònic. En la comparació d'aquesta expansió amb l'expansió de l'energia del nombre d'electrons i del potencial extern hem pogut recuperar d'una altra forma diferent tot un conjunt de relacions ja conegudes entre alguns coneguts descriptors de reactivitat del funcional de la densitat i en poden establir tot un conjunt de noves relacions i de nous descriptors. Dins del marc de les propietats moleculars es proposa generalitzar i millorar la metodologia pel càlcul de la contribució vibracional (Pvib) a les propietats òptiques no lineals (NLO). Tot i que la Pvib no s'ha tingut en compte en la majoria dels estudis teòrics publicats de les propietats NLO, recentment s'ha comprovat que la Pvib de diversos polímers orgànics amb altes propietats òptiques no lineals és fins i tot més gran que la contribució electrònica. Per tant, tenir en compte la Pvib és essencial en el disseny dels nous materials òptics no lineals utilitzats en el camp de la informàtica, les telecomunicacions i la tecnologia làser. Les principals línies d'aquesta tesis sobre aquest tema són: a) Hem calculat per primera vegada els termes d'alt ordre de Pvib de diversos polímers orgànics amb l'objectiu d'avaluar la seva importància i la convergència de les sèries de Taylor que defineixen aquestes contribucions vibracionals. b) Hem avaluat les contribucions electròniques i vibracionals per una sèrie de molècules orgàniques representatives utilitzant diferents metodologies, per tal de poder de determinar quina és la manera més senzilla per poder calcular les propietats NLO amb una precisió semiquantitativa.

Inovação pedagógica : a música no ensino de frações

Apesar da modernização dos meios tecnológicos e processos de aprendizagem, a Matemática na escola pública brasileira permanece difícil de ensinar e aprender, falta inovação metodológica que promova condições necessárias na apropriação dos saberes pelo aluno. Essa pesquisa sobre a Formação continuada de professores de Matemática do Ensino Fundamental Ciclo I e inovação da prática pedagógica: a música no ensino de frações propõe o uso da música como recurso didático metodológico inovador para o ensino de frações, com o objetivo de substituir aulas expositivas e exercícios mecânicos por vivências prazerosas, significativas e formadoras de um sujeito crítico participativo. Apresenta os mecanismos de avaliação da política educacional brasileira bem como o Ensino Fundamental de nove anos. Destaca a inovação metodológica como necessidade na formação continuada para o professor polivalente não especialista em matemática. Desenvolve a pesquisa qualitativa, estudo de caso, e considera o processo histórico da sociedade e do sujeito, para compreender o papel da escola, do professor e as especificidades do processo ensino e aprendizagem. O resultados dessa pesquisa mostram a necessidade de revisão, pelas instituições de ensino superior, na formação de profissionais de postura interrogativa de sua própria ação docente, capazes de reproduzir tal atitude no aluno. Este estudo contribui para a aprendizagem de frações, evitando-se aulas expositivas, exercícios mecânicos, por meio de uma proposta de formação continuada, utilizando música como instrumento para o ensino de frações, desenvolvida pela pesquisadora durante o processo da pesquisa ação, além de promover o debate nas unidades escolares envolvidas nas inovações de seus Projetos Pedagógicos.

Museologial process : exclusion criteria

In the last few years, reflections around knowledge building in the museology area have increased considerably, allowing us to cast many gazes over our actions, and, consequently, enabling us to a wider debate around our professional action field, decreasing our exclusion from the academic environment – museologists reproducing the knowledge produced in other areas. In the present work, we shall approach some issues related to the museological process, taking as a reference several studies about the subject, which, due to the time given to us in this round table, could not be re-presented here for discussion. Besides, we have dedicated a chapter to such approach in our publication titled “Museological Process and Education: building a didactic-community museum”. So we have opted instead to carry out a reflection about exclusion, looking into the museum institution and into the application of museological processes; in other words, we shall carry out a self-criticism, in which I include myself, affecting an analysis that will be debated here, considering, additionally, that the museums and museological practices are in relation to the other social global practices, therefore, they are the result of human relations at each historical moment. Finally, based on our lived experience, we shall give continuity to our reflection process, highlighting the importance of knowledge production for the area of museology and the relevance of the theory-practice relation, punctuating some aspects we think that may contribute to the construction of a museological action that may serve as a historical elaboration in securing a space for self- determination.

Identidade, imaginário e cotidiano: concepções de alunos e professores numa escola do Nordeste do Brasil

O presente trabalho tem como objetivo investigar as concepções escolares, apresentando uma discussão do ponto de vista teórico-metodológico acerca destas construções produzidas no âmbito escolar, através de pesquisa etnográfica, utilizando o grupo focal, levando em conta a formação ideológica (ideias sobre si, o interlocutor e o assunto) e a formação discursiva (as marcas linguísticas, temáticas e de posição ideológica) dos participantes desta pesquisa. Por meio dos posicionamentos nas categorias: identidade, cotidiano e imaginário; pudemos observar que os discursos adquirem sentido à medida que são produzidos e que carregam em si os significados que expressam idéias, sentimentos e comportamentos. As mudanças de sentido ocorrem através de outros discursos que dialogam em um processo de construção e reconstrução. Neste entremeio o indivíduo revela-se inserido sócio-culturalmente. E a escola como espaço dinâmico é preenchida de sentido e dá novos sentidos, ora reproduzindo discursos, ora reconstruindo-os, ora formulando novos. Analisando os dados da pesquisa realizada, apreendemos que os discursos de educadores e educandos são influenciados uns pelos outros, formados pelas práticas cotidianas e pela bagagem social que cada indivíduo tem. Nessa construção mútua no processo de convívio, os papeis estabelecidos pela instituição escolar ganham novos contornos e limites no percalço do ensino-aprendizagem, não podendo separar deste contexto os elementos individuais que a escola torna coletivo e que traçam um caminho discursivo novo e ao mesmo tempo pertencente desde antes aos que fazem parte da escola.

Análisis de brechas económicas territoriales y su relación con la pobreza en Ecuador

El presente trabajo tiene por finalidad visibilizar las brechas territoriales en el ingreso, la pobreza y la desigualdad de Ecuador en el período 2007 – 2013, el análisis se apoya en técnicas de estadística descriptiva para analizar la evolución del ingreso per cápita; gráficas de densidad Kernel para el análisis comparativo de la distribución del ingreso entre territorios; estadística inferencial aplicada a las variaciones de la incidencia de la pobreza y el coeficiente de Gini; y finalmente mediante técnicas econométricas del enfoque de crecimiento “pro-pobre” se identifica la relación entre los niveles de pobreza, el crecimiento del ingreso per cápita y la redistribución del ingreso en los territorios sub nacionales. Los resultados evidencian una estructura territorial sub nacional con marcadas brechas en los niveles y distribución del ingreso, con incidencia irregular de la pobreza a lo largo del país, no obstante durante el período 2007-2013 estas brechas tienden a reducirse, observándose además un crecimiento económico “pro pobre” en la mayoría de provincias entre el 2010 y 2013.

Suburban immigrants to wildlands disrupt honest signaling in ultra-violet plumage

Urbanization changes habitat in a multitude of ways, including altering food availability. Access to human-provided food can change the relationship between body condition and honest advertisements of fitness, which may result in changes to behavior, demography, and metapopulation dynamics. We compared plumage color, its relationship with body condition and feather growth, and use as signal of dominance between a suburban and a wildland population of Florida Scrub-Jay (Aphelocoma coerulescens). Although plumage color was not related to body condition at either site, suburban birds had plumage with a greater proportion of total reflectance in the ultra-violet (UV) and peak reflectance at shorter wavelengths. Despite the use of plumage reflectance as a signal of dominance among individuals in the wildlands, we found no evidence of status signaling at the suburban site. However, birds emigrating from the suburban site to the wildland site tended to be more successful at acquiring breeder status but less successful at reproducing than were immigrants from an adjacent wildland site, suggesting that signaled and realized quality differ. These differences in signaling content among populations could have demographic effects at metapopulation scales and may represent an evolutionary trap whereby suburban immigrants are preferred as mates even though their reproductive success relative to effort is lower.

Spherical nonparametric estimators applied to the UGAMP model integration for AMIP

The aim of this paper is essentially twofold: first, to describe the use of spherical nonparametric estimators for determining statistical diagnostic fields from ensembles of feature tracks on a global domain, and second, to report the application of these techniques to data derived from a modern general circulation model. New spherical kernel functions are introduced that are more efficiently computed than the traditional exponential kernels. The data-driven techniques of cross-validation to determine the amount elf smoothing objectively, and adaptive smoothing to vary the smoothing locally, are also considered. Also introduced are techniques for combining seasonal statistical distributions to produce longer-term statistical distributions. Although all calculations are performed globally, only the results for the Northern Hemisphere winter (December, January, February) and Southern Hemisphere winter (June, July, August) cyclonic activity are presented, discussed, and compared with previous studies. Overall, results for the two hemispheric winters are in good agreement with previous studies, both for model-based studies and observational studies.

An improved algorithm for generating global window brightness temperatures from multiple satellite infrared imagery

An improved algorithm for the generation of gridded window brightness temperatures is presented. The primary data source is the International Satellite Cloud Climatology Project, level B3 data, covering the period from July 1983 to the present. The algorithm rakes window brightness, temperatures from multiple satellites, both geostationary and polar orbiting, which have already been navigated and normalized radiometrically to the National Oceanic and Atmospheric Administration's Advanced Very High Resolution Radiometer, and generates 3-hourly global images on a 0.5 degrees by 0.5 degrees latitude-longitude grid. The gridding uses a hierarchical scheme based on spherical kernel estimators. As part of the gridding procedure, the geostationary data are corrected for limb effects using a simple empirical correction to the radiances, from which the corrected temperatures are computed. This is in addition to the application of satellite zenith angle weighting to downweight limb pixels in preference to nearer-nadir pixels. The polar orbiter data are windowed on the target time with temporal weighting to account for the noncontemporaneous nature of the data. Large regions of missing data are interpolated from adjacent processed images using a form of motion compensated interpolation based on the estimation of motion vectors using an hierarchical block matching scheme. Examples are shown of the various stages in the process. Also shown are examples of the usefulness of this type of data in GCM validation.

Uncertainty assessment of a process-based integrated catchment model of phosphorus

Despite the many models developed for phosphorus concentration prediction at differing spatial and temporal scales, there has been little effort to quantify uncertainty in their predictions. Model prediction uncertainty quantification is desirable, for informed decision-making in river-systems management. An uncertainty analysis of the process-based model, integrated catchment model of phosphorus (INCA-P), within the generalised likelihood uncertainty estimation (GLUE) framework is presented. The framework is applied to the Lugg catchment (1,077 km2), a River Wye tributary, on the England–Wales border. Daily discharge and monthly phosphorus (total reactive and total), for a limited number of reaches, are used to initially assess uncertainty and sensitivity of 44 model parameters, identified as being most important for discharge and phosphorus predictions. This study demonstrates that parameter homogeneity assumptions (spatial heterogeneity is treated as land use type fractional areas) can achieve higher model fits, than a previous expertly calibrated parameter set. The model is capable of reproducing the hydrology, but a threshold Nash-Sutcliffe co-efficient of determination (E or R 2) of 0.3 is not achieved when simulating observed total phosphorus (TP) data in the upland reaches or total reactive phosphorus (TRP) in any reach. Despite this, the model reproduces the general dynamics of TP and TRP, in point source dominated lower reaches. This paper discusses why this application of INCA-P fails to find any parameter sets, which simultaneously describe all observed data acceptably. The discussion focuses on uncertainty of readily available input data, and whether such process-based models should be used when there isn’t sufficient data to support the many parameters.

Spatial analysis of the error in a model of soil nitrogen

Models of the dynamics of nitrogen in soil (soil-N) can be used to aid the fertilizer management of a crop. The predictions of soil-N models can be validated by comparison with observed data. Validation generally involves calculating non-spatial statistics of the observations and predictions, such as their means, their mean squared-difference, and their correlation. However, when the model predictions are spatially distributed across a landscape the model requires validation with spatial statistics. There are three reasons for this: (i) the model may be more or less successful at reproducing the variance of the observations at different spatial scales; (ii) the correlation of the predictions with the observations may be different at different spatial scales; (iii) the spatial pattern of model error may be informative. In this study we used a model, parameterized with spatially variable input information about the soil, to predict the mineral-N content of soil in an arable field, and compared the results with observed data. We validated the performance of the N model spatially with a linear mixed model of the observations and model predictions, estimated by residual maximum likelihood. This novel approach allowed us to describe the joint variation of the observations and predictions as: (i) independent random variation that occurred at a fine spatial scale; (ii) correlated random variation that occurred at a coarse spatial scale; (iii) systematic variation associated with a spatial trend. The linear mixed model revealed that, in general, the performance of the N model changed depending on the spatial scale of interest. At the scales associated with random variation, the N model underestimated the variance of the observations, and the predictions were correlated poorly with the observations. At the scale of the trend, the predictions and observations shared a common surface. The spatial pattern of the error of the N model suggested that the observations were affected by the local soil condition, but this was not accounted for by the N model. In summary, the N model would be well-suited to field-scale management of soil nitrogen, but suited poorly to management at finer spatial scales. This information was not apparent with a non-spatial validation. (c),2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Implicit-factorization preconditioning and iterative solvers for regularized saddle-point systems

We consider conjugate-gradient like methods for solving block symmetric indefinite linear systems that arise from saddle-point problems or, in particular, regularizations thereof. Such methods require preconditioners that preserve certain sub-blocks from the original systems but allow considerable flexibility for the remaining blocks. We construct a number of families of implicit factorizations that are capable of reproducing the required sub-blocks and (some) of the remainder. These generalize known implicit factorizations for the unregularized case. Improved eigenvalue clustering is possible if additionally some of the noncrucial blocks are reproduced. Numerical experiments confirm that these implicit-factorization preconditioners can be very effective in practice.

Sociology, Gender and Educational Aspirations: Girls and their Ambitions

This study helps develop an overall understanding as to why some students achieve where others don't. Debate on the effects of class on educational attainment is well documented and typically centres on the reproductive nature of class whilst studies of the effect of class on educational aspirations also predict outcomes that see education reinforcing and reproducing a student's class background.Despite a number of government initiatives to help raise higher education participation to 50 per cent by 2010, for the working class numbers have altered little. Using data from an ethnographic case study of a low-achieving girls school, the author explores aspirations and argues that whilst class is very powerful in explaining educational attainment, understanding educational aspirations is somewhat more complex. The purpose of this book, therefore, is to question and challenge popular assumptions surrounding class-based theory in making sense of girls' aspirations and to question the usefulness of the continued over reliance of such broad categorisations by both academics and policy makers

Overtone spectra and anharmonic resonances in the haloacetylenes

In this work preliminary results are reported on an extensive vibrational analysis of the molecules HCCX and DCCX with X = F and Cl, in which a number of anharmonic resonances are analysed. The importance of quartic anharmonic resonances in these molecular types is reported involving the effective constants K1244 and K1255, and these are related to the corresponding resonances in acetylene and its isotopomers. The correct analysis of Fermi resonances and quartic anharmonic resonances is important not only in reproducing the high overtone energy levels, but also in fitting the observed rotational constants, and in determining the αr constants and hence the equilibrium rotational constants. In this paper we revise our recent analysis of the equilibrium structure of HCCF in the light of these effects.