Compositional data-driven alternatives to single geochemical component maps

Conventional practice in Regional Geochemistry includes as a final step of any geochemical campaign the generation of a series of maps, to show the spatial distribution of each of the components considered. Such maps, though necessary, do not comply with the compositional, relative nature of the data, which unfortunately make any conclusion based on them sensitive
to spurious correlation problems. This is one of the reasons why these maps are never interpreted isolated. This contribution aims at gathering a series of statistical methods to produce individual maps of multiplicative combinations of components (logcontrasts), much in the flavor of equilibrium constants, which are designed on purpose to capture certain aspects of the data.
We distinguish between supervised and unsupervised methods, where the first require an external, non-compositional variable (besides the compositional geochemical information) available in an analogous training set. This external variable can be a quantity (soil density, collocated magnetics, collocated ratio of Th/U spectral gamma counts, proportion of clay particle fraction, etc) or a category (rock type, land use type, etc). In the supervised methods, a regression-like model between the external variable and the geochemical composition is derived in the training set, and then this model is mapped on the whole region. This case is illustrated with the Tellus dataset, covering Northern Ireland at a density of 1 soil sample per 2 square km, where we map the presence of blanket peat and the underlying geology. The unsupervised methods considered include principal components and principal balances
(Pawlowsky-Glahn et al., CoDaWork2013), i.e. logcontrasts of the data that are devised to capture very large variability or else be quasi-constant. Using the Tellus dataset again, it is found that geological features are highlighted by the quasi-constant ratios Hf/Nb and their ratio against SiO2; Rb/K2O and Zr/Na2O and the balance between these two groups of two variables; the balance of Al2O3 and TiO2 vs. MgO; or the balance of Cr, Ni and Co vs. V and Fe2O3. The largest variability appears to be related to the presence/absence of peat.

Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.

O grau de investimento definido por um indicador económico e financeiro

No contexto econômico competitivo e globalizado no qual as corporações estão inseridas, emerge a necessidade de evolução constante para acompanhar as mudanças que o ambiente lhes impõe, visando a sustentabilidade e a perpetuidade. A evolução econômica e financeira das corporações pode promover o desenvolvimento de uma nação, mesmo que o aumento da concorrência no mercado obrigue-as a investirem em novas relações com o seu universo, buscando melhorar os seus níveis de desempenho mensurados por meio de novos instrumentos economicos e financeiros. Desta forma, o grau de investimento corporativo passa a ser relevante, pois pode gerar confiança em novos investimentos, sendo visto como sinônimo de economia forte. No concernente ao objetivo, esta tese teve como escopo o desenvolvimento de um indicador econômico e financeiro visando balizar o grau de credibilidade rating que as corporações apresentam em sua estrutura corporativa, por meio de um conjunto de índices econômicos e financeiros ligados à liquidez, à lucratividade, ao endividamento e à rentabilidade, provindos das demonstrações econômicas e financeiras das corporações estudadas. Este estudo caracteriza-se no contexto da tipologia aplicada, de objetivo descritivo com delineamento bibliográfico, na amplitude da problemática, caracteriza-se como quantitativo, compreendendo a população de 70 corporações brasileiras reconhecidas pelas certificadoras internacionais, Standard & Poor's, Moody's e Fitch Ratings, as quais detinham o grau de investimento corporativo no ano de 2008. Quanto aos métodos e procedimentos estatísticos, primeiramente utilizou-se a análise descritiva com vistas ao resumo dos dados, posteriormente foi feita a análise de correlação por meio do Coeficiente de Correlação Linear de Pearson, aplicando-se em seguida a análise de regressão. Em seguida para a confecção do modelo utilizou-se a análise fatorial e para testificar sua confiabilidade o Alfa de Cronbach, utilizou-se também a análise discriminante, para classificação dos quartis. As conclusões do estudo baseiamse nos resultados apresentados pela evolução do tratamento estatístico, que inicialmente apresentam uma correlação predominantemente fraca, no entanto isto não invalida a correlação de Pearson, pois todos os coeficientes apresentaram uma significância de (p<0,05). Na aplicação da análise de regressão, todos os modelos apresentaram resultados satisfatórios sendo perceptível a existência de uma forte correlação. A confiabilidade do modelo de grau de investimento corporativo provindo da análise fatorial foi testificada pelo coeficiente do Alpha de Cronbach, que apresentou valor de 0,768, o que indica consistência interna satisfatória ao estudo. O grau de investimento na base longitudinal de 2008 a 2010 apresenta variabilidade de 95,72% a 98,33% de acertividade. Portanto, conclui-se que o indicador criado por este estudo, possui condições de ser utilizado como base de definição do grau de investimento de corporações empresariais.

Organic contaminants in urban soils: major inputs and potential risks

Urban soil quality may be severely affected by hydrophobic organic contaminants (HOCs), impairing environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two contrasting Portuguese urban areas (Lisbon and Viseu) in order to assess the levels and potential risks of these contaminants, to identify sources and study their behaviour in soils. The concentrations of HOCs were related to the size of the city, with much higher contamination levels observed in Lisbon urban area. Source apportionment was performed by studying the HOCs profiles, their relationship with potentially toxic elements and general characteristics of soil using multivariate statistical methods. Lisbon seems to be affected by nearby sources (traffic, industry and incineration processes) whereas in Viseu the atmospheric transport may be playing an important role. In a first tier of risk assessment (RA) it was possible to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Lisbon soils as a potential hazard. The levels of PAHs in street dusts were further studied and allowed to clarify that traffic, tire and pavement debris can be an important source of PAHs to urban soils. Street dusts were also identified as being a potential concern regarding human and environmental health, especially if reaching the nearby aquatic bodies. Geostatistical tools were also used and their usefulness in a RA analysis and urban planning was discussed. In order to obtain a more realistic assessment of risks of HOCs to environment and human health it is important to evaluate their available fraction, which is also the most accessible for organisms. Therefore, a review of the processes involved on the availability of PAHs was performed and the outputs produced by the different chemical methods were evaluated. The suitability of chemical methods to predict bioavailability of PAHs in dissimilar naturally contaminated soils has not been demonstrated, being especially difficult for high molecular weight compounds. No clear relationship between chemical and biological availability was found in this work. Yet, in spite of the very high total concentrations found in some Lisbon soils, both the water soluble fraction and the body residues resulting from bioaccumulation assays were generally very low, which may be due to aging phenomena. It was observed that the percentage of soluble fraction of PAHs in soils was found to be different among compounds and mostly regulated by soil properties. Regarding bioaccumulation assays, although no significant relationship was found between soil properties and bioavailability, it was verified that biota-to-soil bioaccumulation factors were sample dependent rather than compound dependent. In conclusion, once the compounds of potential concern are targeted, then performing a chemical screening as a first tier can be a simple and effective approach to start a RA. However, reliable data is still required to improve the existing models for risk characterization.

Neural network assisted autotuning of industrial PID controllers

A recent servey (1) has reported that the majority of industrial loops are controlled by PID-type controllers and many of the PID controllers in operation are poorly tuned. poor PID tuning is due to the lack of a simple and practical tuning method for avarage users, and due to the tedious procedurs involved in the tuning and retuning of PID controllers.

Contribuição da ecografia cerebral transfontanelar para a avaliação do crescimento cerebral do recém-nascido pré-termo

Tese de doutoramento, Medicina (Pediatria), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2013

Atmospheric Concentrations of Alternaria, Cladosporium, Ganoderma and Didymella Spores Monitored in Cork (Ireland) and Worcester (England) During the Summer of 2010

This study represents the first international intercomparison of fungal spore observations since 1990, focusing on atmospheric concentrations of Alternaria, Cladosporium, Ganoderma and Didymella spores. The campaigns were performed at sites located in Cork (Ireland) and Worcester (England) during summer 2010. Observations were made using Hirst-type volumetric spore traps and corresponding optical identification at the genus level by microscope. The measurements at both sites (including meteorological parameters) were compared and contrasted. The relationships between the fungal spore concentrations with selected meteorological parameters were investigated using statistical methods and multivariate regression trees (MRT). The results showed high correlations between the two sites with respect to daily variations. Statistically significant higher spore concentrations for Alternaria, Cladosporium and Ganoderma were monitored at the Worcester site. This result was most likely due to the differences in precipitation and local fungal spore sources at the two sites. Alternaria and Cladosporium reached their maxima a month earlier in Cork than in Worcester, and Didymella with Ganoderma peaked simultaneously with similar diurnal trends found for all the investigated spore types. MRT analysis helped to determine threshold values of the meteorological parameters that exerted most influence on the presence of spores: they were found to vary at the two sites. Our results suggest that the aeromycological profile is quite uniform over the British Isles, but a description of bioaerosols with respect to overall load and daily concentration can be quite diverse although the geographical difference between sites is relatively small. These variations in the concentrations therefore need to be explored at the national level

An Analysis of Local Wind and Air Mass Directions and Their Impact on Cladosporium Distribution Using HYSPLIT and Circular Statistics

Ecological studies that examine species-environment relationships are often limited to several meteorological parameters, i.e. mean air temperature, relative humidity, precipitation, vapour pressure deficit and solar radiation. The impact of local wind, its speed and direction are less commonly investigated in aerobiological surveys mainly due to difficulties related to the employment of specific analytical tools and interpretation of their outputs. Identification of inoculum sources of economically important plant pathogens, as well as highly allergenic bioaerosols like Cladosporium species, has not been yet explored with remote sensing data and atmospheric models such as Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT). We, therefore, performed an analysis of 24 h intra-diurnal cycle of Cladosporium spp. spores from an urban site in connection with both the local wind direction and overall air mass direction computed by HYSPLIT. The observational method was a volumetric air sampler of the Hirst design with 1 h time resolution and corresponding optical detection of fungal spores with light microscopy. The atmospheric modelling was done using the on-line data set from GDAS with 1° resolution and circular statistical methods. Our results showed stronger, statistically significant correlation (p ≤ 0.05) between high Cladosporium spp. spore concentration and air mass direction compared to the local wind direction. This suggested that a large fraction of the investigated fungal spores had a regional origin and must be located more than a few kilometers away from the sampling point.

Potencialidades e utilização do espaço recreio: um estudo desenvolvido em escolas do 1.º ciclo do ensino básico

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Educação - Área de Especialização em Didática das Ciências

Supporting real-time distributed computer-controlled systems with multi-hop P-NET networks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within process control applications. Therefore, they constitute the foundation upon which real-time distributed computer-controlled systems can be implemented. P-NET is a fieldbus communication standard, which uses a virtual token-passing medium-access-control mechanism. In this paper pre-run-time schedulability conditions for supporting real-time traffic with P-NET networks are established. Essentially, formulae to evaluate the upper bound of the end-to-end communication delay in P-NET messages are provided. Using this upper bound, a feasibility test is then provided to check the timing requirements for accessing remote process variables. This paper also shows how P-NET network segmentation can significantly reduce the end-to-end communication delays for messages with stringent timing requirements.

Distributed computing for the factory-floor: a real-time approach using WorldFIP networks

Field communication systems (fieldbuses) are widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS) within all sort of process control and manufacturing applications. There are several advantages in the use of fieldbuses as a replacement for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems, within which the most relevant is the decentralisation and distribution of the processing power over the field. A widely used fieldbus is the WorldFIP, which is normalised as European standard EN 50170. Using WorldFIP to support DCCS, an important issue is “how to guarantee the timing requirements of the real-time traffic?” WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers, since it explicitly distinguishes periodic and aperiodic traffic. In this paper, we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis on how to guarantee the timing requirements of the real-time traffic.

Aplicação de redes neuronais artificiais à deteção e isolamento de falhas em processos industriais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Engineering PROFIBUS networks with heterogeneous transmission media

A significant number of process control and factory automation systems use PROFIBUS as the underlying fieldbus communication network. The process of properly setting up a PROFIBUS network is not a straightforward task. In fact, a number of network parameters must be set for guaranteeing the required levels of timeliness and dependability. Engineering PROFIBUS networks is even more subtle when the network includes various physical segments exhibiting heterogeneous specifications, such as bus speed or frame formats, just to mention a few. In this paper we provide underlying theory and a methodology to guarantee the proper operation of such type of heterogeneous PROFIBUS networks. We additionally show how the methodology can be applied to the practical case of PROFIBUS networks containing simultaneously DP (Decentralised Periphery) and PA (Process Automation) segments, two of the most used commercial-off-the-shelf (COTS) PROFIBUS solutions. The importance of the findings is however not limited to this case. The proposed methodology can be generalised to cover other heterogeneous infrastructures. Hybrid wired/wireless solutions are just an example for which an enormous eagerness exists.

Aplicação de variadores de velocidade em sistemas de climatização

Por um lado vivemos numa sociedade cujos padrões de conforto são cada vez mais exigentes, por outro encontramo-nos numa era pautada por um certo declínio económico, social e também ambiental. Não se assumindo uma estratégia que limite ou diminua essas condições de conforto resta-nos atuar de forma a que os recursos utilizados para garantir esse mesmo conforto sejam utilizados da melhor forma possível. O setor dos edifícios é responsável por uma grande parcela de consumo de energia na sociedade atual, sendo que os sistemas de climatização que dele fazem parte, apresentam.se na maioria dos casos como os grandes consumidores de energia. Nesse sentido têm sido feitos esforços enormes no sentido de encontrar soluções que garantam a eficiência energética destes sistemas. O Variador Eletrónico de Velocidade apresenta-se como uma das soluções amplamente difundidas, na vertente do controle de processos e economia de energia. A sua aplicação em sistema de climatização é mais um desses casos. Nesse sentido, numa primeira parte é feito o estudo das características e funcionamento dos Variadores de Velocidade, Sistemas de Climatização e sua aplicação conjunta. Em seguida é realizada uma aplicação informática que pretende demonstrar a economia de energia garantida por aplicação de um Variador de Velocidade.

Projecto de Controladores usando Redes Neuronais

Neste documento descreve-se o projeto desenvolvido na unidade curricular de Tese e Dissertação durante o 2º ano do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no ramo de Automação e Sistemas, no Departamento de Engenharia Eletrotécnica (DEE) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O projeto escolhido teve como base o uso da tecnologia das redes neuronais para implementação em sistemas de controlo. Foi necessário primeiro realizar um estudo desta tecnologia, perceber como esta surgiu e como é estruturada. Por último, abordar alguns casos de estudo onde as redes neuronais foram aplicadas com sucesso. Relativamente à implementação, foram consideradas diferentes estruturas de controlo, e entre estas escolhidas a do sistema de controlo estabilizador e sistema de referência adaptativo. No entanto, como o objetivo deste trabalho é o estudo de desempenho quando aplicadas as redes neuronais, não se utilizam apenas estas como controlador. A análise exposta neste trabalho trata de perceber em que medida é que a introdução das redes neuronais melhora o controlo de um processo. Assim sendo, os sistemas de controlo utilizados devem conter pelo menos uma rede neuronal e um controlador PID. Os testes de desempenho são aplicados no controlo de um motor DC, sendo realizados através do recurso ao software MATLAB. As simulações efetuadas têm diferentes configurações de modo a tirar conclusões o mais gerais possível. Assim, os sistemas de controlo são simulados para dois tipos de entrada diferentes, e com ou sem a adição de ruído no sensor. Por fim, é efetuada uma análise das respostas de cada sistema implementado e calculados os índices de desempenho das mesmas.