Development of roll waves in open channels

This study is concerned with some of the properties of roll waves that develop naturally from a turbulent uniform flow in a wide rectangular channel on a constant steep slope . The wave properties considered were depth at the wave crest, depth at the wave trough, wave period, and wave velocity . The primary focus was on the mean values and standard deviations of the crest depths and wave periods at a given station and how these quantities varied with distance along the channel.

The wave properties were measured in a laboratory channel in which roll waves developed naturally from a uniform flow . The Froude number F (F = u_n/√gh_n, u_n = normal velocity , h_n = normal depth, g =acceleration of gravity) ranged from 3. 4 to 6. 0 for channel slopes S_o of . 05 and . 12 respectively . In the initial phase of their development the roll waves appeared as small amplitude waves with a continuous water surface profile . These small amplitude waves subsequently developed into large amplitude shock waves. Shock waves were found to overtake and combine with other shock waves with the result that the crest depth of the combined wave was larger than the crest depths before the overtake. Once roll waves began to develop, the mean value of the crest depths h_nmax increased with distance . Once the shock waves began to overtake, the mean wave period T_av increased approximately linearly with distance.

For a given Froude number and channel slope the observed quantities h^-_max/h_n , T' (T' = S_o T_av √g/h_n), and the standard deviations of h^-_max/h_n and T', could be expressed as unique functions of l/h_n (l = distance from beginning of channel) for the two-fold change in h_n occurring in the observed flows . A given value of h^-_max/h_n occurred at smaller values of l/h_n as the Froude number was increased. For a given value of h /hh^-_max/h_n the growth rate of δh^-_max/h^-_maxδl of the shock waves increased as the Froude number was increased.

A laboratory channel was also used to measure the wave properties of periodic permanent roll waves. For a given Froude number and channel slope the h^-_max/h_n vs. T' relation did not agree with a theory in which the weight of the shock front was neglected. After the theory was modified to include this weight, the observed values of h^-_max/h_n were within an average of 6.5 percent of the predicted values, and the maximum discrepancy was 13.5 percent.

For h^-_max/h_n sufficiently large (h^-_max/h_n > approximately 1.5) it was found that the h^-_max/h_n vs. T' relation for natural roll waves was practically identical to the h^-_max/h_n vs. T' relation for periodic permanent roll waves at the same Froude number and slope. As a result of this correspondence between periodic and natural roll waves, the growth rate δh^-_max/h^-_maxδl of shock waves was predicted to depend on the channel slope, and this slope dependence was observed in the experiments.

Museu de Favela: pensando turismo e patrimônio no Pavão, Pavãozinho e Cantagalo

Esta dissertação versa sobre o Museu de Favela (MUF), organização não-governamental fundada em 2008 durante as obras do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC) nas favelas do Pavão, Pavãozinho e Cantagalo, na Zona Sul da cidade do Rio de Janeiro. As principais propostas do MUF são a patrimonialização da favela/seus elementos culturais, bem como o desenvolvimento turístico dessas favelas. A partir de um trabalho de campo, do tipo observação participante junto à diretoria do MUF, analiso a construção de sua proposta de turismo em oposição à favela da Rocinha, caso emblemático do turismo em favelas. Mostro a presença de duas ideias de turismo a propósito do caso estudado: o que chamo de turismo vilão, representado pelo contexto da Rocinha na visão dos promotores do MUF; e o que chamo de turismo solução, representado na mesma visão pelo turismo organizado pelos moradores para benefício da população local e solução dos problemas das favelas. Analiso ainda a proposta do MUF, sua organização como ONG e seus diretores. Por fim, focalizo o Museu de Favela e o Estado como atores sociais básicos envolvidos na questão analisada, mostrando como turismo e patrimônio aparecem como ferramentas para ambas as instituições, que guardam semelhanças e diferenças no que se refere a dois processos em andamento nas favelas do Pavão, Pavãozinho e Cantagalo: o processo de patrimonialização e o processo de turismização.

Real-Time Bayesian Analysis of Ground Motion Envelopes for Earthquake Early Warning

Current earthquake early warning systems usually make magnitude and location predictions and send out a warning to the users based on those predictions. We describe an algorithm that assesses the validity of the predictions in real-time. Our algorithm monitors the envelopes of horizontal and vertical acceleration, velocity, and displacement. We compare the observed envelopes with the ones predicted by Cua & Heaton's envelope ground motion prediction equations (Cua 2005). We define a "test function" as the logarithm of the ratio between observed and predicted envelopes at every second in real-time. Once the envelopes deviate beyond an acceptable threshold, we declare a misfit. Kurtosis and skewness of a time evolving test function are used to rapidly identify a misfit. Real-time kurtosis and skewness calculations are also inputs to both probabilistic (Logistic Regression and Bayesian Logistic Regression) and nonprobabilistic (Least Squares and Linear Discriminant Analysis) models that ultimately decide if there is an unacceptable level of misfit. This algorithm is designed to work at a wide range of amplitude scales. When tested with synthetic and actual seismic signals from past events, it works for both small and large events.

Um método sintético de difusão para aceleração do esquema de fonte de espalhamento em cálculos SN unidimensionais de fonte fixa

O esquema iterativo de fonte de espalhamento (SI) é tradicionalmente aplicado para a convergência da solução numérica de malha fina para problemas de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas com fonte fixa. O esquema SI é muito simples de se implementar sob o ponto de vista computacional; porém, o esquema SI pode apresentar taxa de convergência muito lenta, principalmente para meios difusivos (baixa absorção) com vários livres caminhos médios de extensão. Nesta dissertação descrevemos uma técnica de aceleração baseada na melhoria da estimativa inicial para a distribuição da fonte de espalhamento no interior do domínio de solução. Em outras palavras, usamos como estimativa inicial para o fluxo escalar médio na grade de discretização de malha fina, presentes nos termos da fonte de espalhamento das equações discretizadas SN usadas nas varreduras de transporte, a solução numérica da equação da difusão de nêutrons em grade espacial de malha grossa com condições de contorno especiais, que aproximam as condições de contorno prescritas que são clássicas em cálculos SN, incluindo condições de contorno do tipo vácuo. Para aplicarmos esta solução gerada pela equação da difusão em grade de discretização de malha grossa nas equações discretizadas SN de transporte na grade de discretização de malha fina, primeiro implementamos uma reconstrução espacial dentro de cada nodo de discretização, e então determinamos o fluxo escalar médio em grade de discretização de malha fina para usá-lo nos termos da fonte de espalhamento. Consideramos um número de experimentos numéricos para ilustrar a eficiência oferecida pela presente técnica (DSA) de aceleração sintética de difusão.

激光脉冲宽度对有质动力加速电子的影响

基于真空中单电子运动模型，编程计算得到了高斯激光脉冲与初始位于激光传播轴上电子的相互作用结果。不同激光参鼍条件下，得到了电子的能量增益与激光强度、焦斑大小和脉冲宽度关系。结果表明，高斯激光脉冲焦斑较大时，电子没有明显的能量增益，高斯激光脉冲焦斑太小时，电子也没有明显的能量增益。电子的能量增益有一个最佳焦斑大小。在相同激光强度下，电子能量增益的最佳焦斑大小随脉冲宽度的增大而增大，但最佳焦斑大小与脉冲宽度的比值基本上是不变的。

Paralelização do algoritmo FDK para reconstrução 3D de imagens tomográficas usando unidades gráficas de processamento e CUDA-C

A obtenção de imagens usando tomografia computadorizada revolucionou o diagnóstico de doenças na medicina e é usada amplamente em diferentes áreas da pesquisa científica. Como parte do processo de obtenção das imagens tomográficas tridimensionais um conjunto de radiografias são processadas por um algoritmo computacional, o mais usado atualmente é o algoritmo de Feldkamp, David e Kress (FDK). Os usos do processamento paralelo para acelerar os cálculos em algoritmos computacionais usando as diferentes tecnologias disponíveis no mercado têm mostrado sua utilidade para diminuir os tempos de processamento. No presente trabalho é apresentada a paralelização do algoritmo de reconstrução de imagens tridimensionais FDK usando unidades gráficas de processamento (GPU) e a linguagem CUDA-C. São apresentadas as GPUs como uma opção viável para executar computação paralela e abordados os conceitos introdutórios associados à tomografia computadorizada, GPUs, CUDA-C e processamento paralelo. A versão paralela do algoritmo FDK executada na GPU é comparada com uma versão serial do mesmo, mostrando maior velocidade de processamento. Os testes de desempenho foram feitos em duas GPUs de diferentes capacidades: a placa NVIDIA GeForce 9400GT (16 núcleos) e a placa NVIDIA Quadro 2000 (192 núcleos).

机载激光测深系统中海面波浪影响的改正

针对研制的新型机载激光测深系统的海上飞行试验数据,进行预处理、信息提取、数据同步和坐标转换后,开展波浪改正研究.对海底高程的GPS高程信息无波浪改正、GPS高程信息改正飞机航高变化计算波浪和加速度信息改正飞机航高变化计算波浪三种技术进行了分析.数据处理结果表明,采用加速度信息改正飞机航高变化计算得到的波浪信息的方法,结果较好,可满足研制的机载激光测深系统的要求.

Modelagem do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado.

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de lajes nervuradas de concreto armado em sistemas estruturais na engenharia civil que demonstrem viabilidade sob o ponto de vista técnico e econômico. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. Neste contexto, diversos tipos de sistemas estruturais de lajes nervuradas têm sido desenvolvidos. Assim sendo, o objetivo desta investigação é o de contribuir, no que tange ao estudo do comportamento estrutural estático e dinâmico de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo da resposta dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado, sob o ponto de vista de conforto humano, especialmente quando essas estruturas encontram-se submetidas a atividades humanas rítmicas. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, que consideram grupos de indivíduos desenvolvendo atividades rítmicas correspondentes à ginástica aeróbica (atividade sincronizada). São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos ANSYS. No presente modelo computacional, as vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto armado são simuladas por elementos finitos de casca. Os resultados obtidos ao longo do estudo, em termos das acelerações de pico, são confrontados e comparados com os limites propostos por normas de projeto, sob o ponto de vista do conforto humano. Com base na análise dinâmica das lajes nervuradas investigadas foi possível verificar que as atividades humanas rítmicas podem vir a gerar valores de acelerações de pico elevados e que violam os critérios de conforto humano. Deste modo, foi observado que, as acelerações nos modelos estudados, podem atingir níveis elevados de vibração que comprometem o conforto dos usuários.

Implementación de un sistema de adquisición de datos analógico para la medida experimental de la posición y aceleración.

[ES]El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema de adquisición y tratamiento de señales analógicas para la medida experimental de la posición y aceleración. Por un lado, la adquisición de señales se llevará a cabo mediante una placa electrónica programable llamada “Arduino”. Por otro lado, haciendo uso de la plataforma LabVIEW, se creará un programa para analizar dichas señales. Se medirán señales analógicas provenientes de diferentes sensores (inclinómetros y acelerómetros).

Skate elektriko baten gauzatzea, hautabideak eta diseinua.

[EU]Lan honetan hutsetik hasita skate motorizatu baten diseinu bat egin da, Industria Teknologian Ingeniaritzako Graduan eskuratutako jakintzak erabiliz. Skatea gazteengan oso erabilia den garraiobide bat da aisia dela-eta, eta sinpletasuna eta ekonomia kontuan hartuta, aisia eta ingurugiroarekiko konpromisoa nahasten dira diseinu honekin. Lanak bide argi bat dauka: hasieran merkatuaren egoera aztertzen da, gero diseinu posible batzuk proposatu ahal izateko, eta hortik aukera bat jorratu ahal izateko. Hortaz, prozesua hasieratik hasita, egitura hau izango du lanak: Hasteko, skate motorizatuen merkatuko egoera zein den aztertzen da, ondoren eta helburuak zeintzuk diren kontutan izanda, diseinu posible batzuk proposatu ahal izateko, alternatiben analisien atalean ageri direnak. Proposamen horiek aztertu egiten dira, alde on eta txarrak desberdinduz eta horietako soluzio bat aukeratuz. Aukeratutako diseinuaren CAD modelo bat eraikitzen da, ondoren egoera fisikoa matematikoki modelizatzeko eta beharrezko kalkuluak egin ahal izateko, metodologia atalean eta eranskinetan ageri direnak, hala nola, azelerazio jakin bat lortzeko behar den potentzia, transmisioan beharrezkoak diren kalkuluak kokatu beharreko elementuak zeintzuk diren erabaki ahal izateko, etab. Bide honetan, jorraturiko diseinuaz gain beste diseinu optimizatu eta konplexuago bat proposatzen da, ikerketa bidea zabalik duena, enpresa mundura gehiago zuzendua. Azkenik, lana burutzeko bete behar izan diren ataza bakoitzaren deskribapena eta iraupena, aurrekontua eta gastu aitorpena, arriskuen analisia eta proiektu honetatik atera ditugun ondorioak ematen dira.

空间激光跟瞄中指向驱动电机运动特性研究

设计了一种深空非合作目标的激光扫描、捕获、跟踪地面实验装置,通过模拟深空同轨道运动的两颗卫星跟瞄过程,在理论上计算了跟瞄装置中光束指向驱动电机的最小加速度和其在跟踪过程中的运动特性。理论分析与仿真结果表明,当卫星偏离光斑中心一定距离时,指向驱动电机先加速后减速,补偿这个偏心,重新捕获跟踪卫星;重新捕获到跟踪所需时间受电机加速度和望远镜探测精度以及探测器响应处理时间影响,其中探测器精度对重新捕获到跟踪所需时间影响较大,探测器响应处理时间要减小到最小;为了使从捕获到跟踪过程中卫星始终在扫描光斑范围内,经纬仪驱动电机的最小角加速度为25.5°/s2。

Implementação paralela do algoritmo iterativo de busca do parâmetro de regularização ótimo para o funcional de Tikhonov no problema de restauração de imagens

O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável.

Nuevos métodos de cálculo de la profundidad de las compresiones torácicas a partir de la señal de aceleración.

[EN]These feedback devices are used to improve the quality of chest compressions while performing CPR technique, as they provide real time information to guide the rescuer during resuscitation attempts. Most feedback systems on the market are based on accelerometers and additional sensors or reference signals, used for calculating the displacement of the chest from the acceleration signal. This makes them expensive and complex devices. With the aim of optimizing these feedback systems and overcoming their limitations, in this document we propose three alternative methods for calculating the depth of chest compressions. These methods differ from the ones existing so far in that they use exclusively the chest acceleration signal to compute the displacement. With their implementation, it would be possible to develop systems to provide accurate feedback more easily and economically. In this context, this document details the design and implementation of the three methods and the development of a software environment to analyze the accuracy of each of them and compare the results by means of a detailed calculation of errors. Furthermore, in order to evaluate the methods a database is required, and it can be compiled using a sensorized manikin to record the acceleration signal and the gold standard chest compression depth. The database generated will be used for other studies related to the estimation of the compression depth, because the signals obtained in the manikin platform are very similar to those recorded during a real resuscitation episode.

Sistema para la detección automática de pulso y respiración en la señal de aceleración.

ES]El proyecto descrito en este documento consiste en la investigación sobre la viabilidad de detección automática de pulso y respiración a partir de la señal de aceleración, medida mediante un acelerómetro posicionado bien en la carótida o en el pecho del paciente. El motivo de la utilización de la aceleración está principalmente en el bajo costo y por la tecnología sencilla de los acelerómetros. En este documento se explica cómo se ha montado una plataforma para la adquisición de las señales de aceleración y el electrocardiograma emitido por el corazón, en sujetos sanos. Con la base de señales adquirida se ha diseñado un método basado en el dominio de la frecuencia para detectar la presencia de pulso y respiración. Los resultados son prometedores y confirman la posibilidad de desarrollar estos detectores. Las herramientas desarrolladas podrán ser utilizadas para análisis futuros y para seguir avanzando en este estudio.

Estudio de la precisión en el cálculo de la profundidad del pecho a partir de la eceleración durante la reanimación cardiopulmonar realizada en un tren en movimiento.

[Es]Las guías de resucitación recomiendan el uso de dispositivos de feedback para mejorar la calidad de las compresiones torácicas. Estos sistemas calculan la profundidad y frecuencia de las compresiones torácicas e informan al rescatador para que, si es necesario, éste corrija su maniobra para ajustarse a los valores recomendados por las guías. La mayoría de estos dispositivos integran la aceleración dos veces para estimar la profundidad de compresión. Sin embargo, cuando la reanimación cardiopulmonar se realiza en vehículos en movimiento, como por ejemplo un tren de larga distancia, los sistemas que utilizan la señal de aceleración pueden verse afectados por las aceleraciones generadas por el propio tren. En este trabajo se estudia la precisión en el cálculo de la profundidad del pecho, a partir de la señal de aceleración, cuando la reanimación cardiopulmonar es realizada en un tren en movimiento. Este análisis permitirá determinar si los sistemas de feedback basados en la aceleración son aptos para ser utilizados en un tren de larga distancia.