Adaptive, Decentralized, And Real-Time Sampling Strategies For Resource Constrained Hydraulic And Hydrologic Sensor Networks

We discuss the development and performance of a low-power sensor node (hardware, software and algorithms) that autonomously controls the sampling interval of a suite of sensors based on local state estimates and future predictions of water flow. The problem is motivated by the need to accurately reconstruct abrupt state changes in urban watersheds and stormwater systems. Presently, the detection of these events is limited by the temporal resolution of sensor data. It is often infeasible, however, to increase measurement frequency due to energy and sampling constraints. This is particularly true for real-time water quality measurements, where sampling frequency is limited by reagent availability, sensor power consumption, and, in the case of automated samplers, the number of available sample containers. These constraints pose a significant barrier to the ubiquitous and cost effective instrumentation of large hydraulic and hydrologic systems. Each of our sensor nodes is equipped with a low-power microcontroller and a wireless module to take advantage of urban cellular coverage. The node persistently updates a local, embedded model of flow conditions while IP-connectivity permits each node to continually query public weather servers for hourly precipitation forecasts. The sampling frequency is then adjusted to increase the likelihood of capturing abrupt changes in a sensor signal, such as the rise in the hydrograph – an event that is often difficult to capture through traditional sampling techniques. Our architecture forms an embedded processing chain, leveraging local computational resources to assess uncertainty by analyzing data as it is collected. A network is presently being deployed in an urban watershed in Michigan and initial results indicate that the system accurately reconstructs signals of interest while significantly reducing energy consumption and the use of sampling resources. We also expand our analysis by discussing the role of this approach for the efficient real-time measurement of stormwater systems.

Convex combinations of long memory estimates from different sampling rates

Convex combinations of long memory estimates using the same data observed at different sampling rates can decrease the standard deviation of the estimates, at the cost of inducing a slight bias. The convex combination of such estimates requires a preliminary correction for the bias observed at lower sampling rates, reported by Souza and Smith (2002). Through Monte Carlo simulations, we investigate the bias and the standard deviation of the combined estimates, as well as the root mean squared error (RMSE), which takes both into account. While comparing the results of standard methods and their combined versions, the latter achieve lower RMSE, for the two semi-parametric estimators under study (by about 30% on average for ARFIMA(0,d,0) series).

Convergence analysis of sampling-based decomposition methods for risk-averse multistage stochastic convex programs

We consider a class of sampling-based decomposition methods to solve risk-averse multistage stochastic convex programs. We prove a formula for the computation of the cuts necessary to build the outer linearizations of the recourse functions. This formula can be used to obtain an efficient implementation of Stochastic Dual Dynamic Programming applied to convex nonlinear problems. We prove the almost sure convergence of these decomposition methods when the relatively complete recourse assumption holds. We also prove the almost sure convergence of these algorithms when applied to risk-averse multistage stochastic linear programs that do not satisfy the relatively complete recourse assumption. The analysis is first done assuming the underlying stochastic process is interstage independent and discrete, with a finite set of possible realizations at each stage. We then indicate two ways of extending the methods and convergence analysis to the case when the process is interstage dependent.

Isolation and characterization of Flavobacterium columnare (Bernardet et al. 2002) from four tropical fish species in Brazil

Flavobacterium columnare é o agente etiológico da columnariose em peixes de água doce, ocasionando enfermidade na pele e nas brânquias, provocando freqüentemente um grande número de mortalidade. O objetivo deste estudo foi o isolamento e a caracterização de Flavobacterium columnare em peixes tropicais no Brasil. Piracanjuba (Brycon orbignyanus), pacu (Piaractus mesopotamicus), tambaqui (Colossoma macropomum) e cascudo (Hypostomus plecostomus) foram examinados externamente com relação a sinais característicos de columnariose, como manchas acinzentadas na cabeça, região dorsal e pedúnculo caudal dos peixes. A amostragem compreendeu a coleta de 50 exemplares de peixes, representando as quatro diferentes espécies escolhidas para este estudo. Amostras para o isolamento foram obtidas através de raspado com swab estéril das lesões e do rim dos peixes clinicamente diagnosticados como acometidos por columnarios e imediatamente semeados em meios de culturas artificiais (líquido e sólido) próprios para o estudo de Flavobacterium segundo Carlson e Pacha (1968). No meio líquido, houve o desenvolvimento de microrganismos que observados em gota pendente apresentaram a forma de bacilos finos, longos, móveis por deslizamento. Através da coloração de Gram, apresentaram morfologia de bacilos finos, Gram negativos, agrupados em colunas. em meio sólido, as colônias eram pequenas, cinza-amareladas, com borda em forma de raiz. No total, foram obtidos quatro isolamentos: 01 cepa de Brycon orbignyanus; 01 cepa de Piaractus mesopotamicus; 01 cepa de Colossoma macropomum; e 01 cepa de Hypostomus plecostomus. A caracterização bioquímica das amostras, como absorção do vermelho Congo, produção de flexirrubina, produção de H2S e redução do nitrato, sugere que os isolamentos poderiam ser classificados como Flavobacterium columnare.

Distribuição espacial de Dilobopterus costalimai young (Hemiptera: Cicadellidae) em citros na região de Taquaritinga, SP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Distribuição espacial de Oncometopia facialis (Signoret) (Hemiptera: Cicadellidae) em pomar cítrico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Distribuição espacial de Toxoptera citricida (Kirkaldy) (Hemiptera: Aphididae) na cultura de citros

O estudo da distribuição espacial de pragas é fundamental para elaboração de planos de amostragem para o uso do manejo integrado de pragas. Para o afídeo Toxoptera citricida (Kirkaldy), estudou-se a distribuição espacial em talhões de pomares de citros comerciais de laranja-doce [Citrus sinensis (L.) Osbeck] da variedade Pêra, com 5; 9 e 15 anos de idade, durante o período de setembro de 2004 a abril de 2005. Foram realizadas 14 amostragens de número de T. citricida em intervalos aproximados de 15 dias entre as mesmas, utilizando-se de armadilhas adesivas de cor amarela (0,11 x 0,11 m) fixadas à planta, a 1,5 m de altura aproximadamente. As armadilhas foram distribuídas na área, a cada cinco plantas na linha, em linhas alternadas, totalizando 137 armadilhas no talhão com 5 anos, 140 no talhão com 9 anos e 80 no talhão com 15 anos. Os índices de dispersão utilizados foram: razão variância média (I), índice de Morisita (Idelta), coeficiente de Green (Cx) e expoente k da distribuição Binomial Negativa. O índice que melhor representou a agregação do pulgão foi o expoente k da distribuição Binomial Negativa, e a distribuição binomial negativa foi o modelo que melhor se ajustou aos dados. Através destas análises, verificou-se que a maioria das amostragens apresentou uma distribuição agregada da população de T. citricida.

Geostatistical characterization of the spatial distribution of Xylella fastidiosa sharpshooter vectors on citrus

A distribuição espacial das espécies de cigarrinhas (Dilobopterus costalimai Young, Acrogonia sp. e Oncometopia facialis Signoret), vetoras da Xylella fastidiosa, agente causal da Clorose Variegada dos Citros, foi estudada com o uso da geoestatística. As avaliações foram feitas em um pomar comercial de laranja 'Pêra' (Citrus sinensis [L.] Osb.), objetivando estabelecer meios para melhor controle dos vetores e da doença. O monitoramento da ocorrência das cigarrinhas no pomar foi feito através de amostragens mensais, utilizando-se armadilhas adesivas amarelas de 3 x 5, distribuídas uniformemente em 50 pontos na área, dispostas em laranjeiras à altura de 1,5 m do solo e substituídas mensalmente. Acrogonia sp. foi a espécie prevalente nas amostragens. Os resultados possibilitaram ajustar modelos aos semivariogramas da distribuição espacial das três espécies no pomar estudado. Durante os três anos consecutivos de amostragem, as populações de Acrogonia sp., D. costalimai e O. facialis apresentaram modelos de distribuição agregada somente nos meses de verão, inverno e primavera, respectivamente, mostrando a necessidade de monitoramento constante desses vetores para reduzir a sua população em épocas favoráveis ao seu desenvolvimento. Através de parâmetros geoestatísticos foi possível calcular a área de agregação das cigarrinhas no pomar. A espécie Acrogonia sp. apresentou área média de agregação de 15.760 m², enquanto para O. facialis e D. costalimai foi possível constatar áreas médias de agregação de 11.555 m² e 10.980 m², respectivamente. Esses resultados indicaram que para um levantamento seguro de cigarrinhas é necessário pelo menos dispor de uma armadilha por hectare.

Long-term facial artery catheter implantation for serial arterial blood sampling and invasive arterial blood pressure measurement in horses

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fatores climáticos na dinâmica populacional de Anastrepha spp. (diptera: tephritidae) e de Scymnus spp. (coleoptera: coccinellidae) em um pomar experimental de goiaba (Psidium guajava L.)

Este trabalho objetivou caracterizar a dinâmica populacional de Anastrepha spp. e de Scymnus spp. em pomar experimental semiorgânico de goiaba (Psidium guajava L.), em Pindorama-SP, na Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios (APTA) e correlacioná-la com fatores meteorológicos. Para o levantamento da dinâmica populacional, os espécimes foram monitorados com armadilhas adesivas amarelas (25 cm x 9,5 cm), trocadas a cada 15 dias, no período de um ano (entre junho de 2009 e junho de 2010). Os insetos foram avaliados e quantificados no Laboratório de Seletividade Ecológica da UNESP-FCAV em Jaboticabal-SP. Observou-se a ocorrência de Anastrepha spp. e Scymnus spp. durante todo o período de amostragem. Com base nos resultados obtidos e nas condições de desenvolvimento do presente trabalho, foram possíveis as seguintes conclusões: a) Ocorre aumento na densidade populacional de Anastrepha spp. com o aumento das temperaturas mínima, média e máxima; b) Os picos populacionais de Anastrepha spp. ocorrem de janeiro a março e coincidem com o período de disponibilidade de frutos maduros no pomar de goiaba; c) Constatam-se as maiores ocorrências do predador Scymnus spp. no período de setembro a dezembro, e as menores ocorrências, em fevereiro e março; d) As precipitações não interferem na dinâmica populacional de Anastrepha spp. e de Scymnus spp..

Diversidade de afídeos na cultura do algodoeiro no município de Campo Verde (MT)

O objetivo deste trabalho foi verificar a diversidade de afídeos (Hemiptera: Aphididae) na cultura do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.) no município de Campo Verde (MT). Os afídeos foram amostrados diretamente nas plantas e através de armadilhas tipo Moericke. As amostragens foram realizadas a cada dois dias, até 60 dias após a germinação das plantas. A espécie Aphis gossypii Glover prevaleceu nas amostragens realizadas sobre as plantas. Formas aladas, de ocorrência acidental na cultura, tais como Aphis spiraecola Patch e Rhopalosiphum padi (Linnaeus) também foram observadas. Com as armadilhas tipo Moericke foram capturados 2280 afídeos alados, pertencentes a 13 espécies: R. padi (52,6% do total), A. spiraecola (26,4%), A. gossypii (8,9%), Rhopalosiphum maidis (Fitch) (5,3%), Geopemphigus floccosus (Moreira) (3,1%), Uroleucon ambrosiae (Thomas) (1,5%), Rhopalosiphum rufiabdominalis (Sasaki) (1,3%), Myzus persicae (Sulzer) (0,4%), Sipha flava (Forbes) (0,3%), Pentalonia nigronervosa Coquerel, Tetraneura nigriabdominalis (Sasaki), Lizerius melanocallis (Quednau) e Toxoptera citricidus (Kirkaldy) (0,1% cada uma). Nas amostragens diretamente sobre as plantas foram observados ápteros e alados de A. gossypii e alados de A. spiraecola e R. padi. Nas armadilhas tipo Moericke, as principais espécies capturadas foram R. padi, A. spiraecola, A. gossypii e R. maidis.

Physical and chemical characterization of yellow mangosteen fruits

O trabalho teve como objetivo a caracterização físico-química de frutos de mangostão amarelo (Garcinia xanthochymus Hook). Seis amostras de 25 frutos cada foram colhidas em plantas de mangostão amarelo do Banco Ativo de Germoplasma da Universidade Estadual Paulista e caracterizadas pela avaliação de diâmetro e altura, peso, percentagem e número de sementes por fruto, percentagem de casca, percentagem de polpa, sólidos solúveis (SS), acidez titulável (AT), vitamina C e relação SS/AT. O mangostão amarelo tem boas qualidades tecnológicas e é uma fonte intermediária de vitamina C com conteúdo médio de 120,33 mg/100g de fruta fresca.

Soil sampling intensity and spatial distribution pattern of soils attributes and corn yield in no-tillage system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effects of different sampling intervals on apparent protein and energy digestibility of common feed ingredients by juvenile oscar fish (Astronotus ocellatus)

O presente estudo avaliou a digestibilidade aparente da proteína e da energia de ingredientes (farelo de soja, farinha de peixe, farelo de trigo e milho) por juvenis de apaiari (Astronotus ocellatus) usando dois diferentes intervalos de coleta (30 min. e 12h). Os 160 juvenis de apaiari utilizados (22,37 ± 3,06 g de peso corporal) foram divididos em quatro tanques rede plásticos e cilíndricos, cada um colocado em um tanque de alimentação de 1.000 L. O experimento foi inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 4 (2 intervalos de coleta de fezes e 4 ingredientes foram) com quatro repetições. Os testes estatísticos não detectaram efeito da interação entre o intervalo de coleta e tipo de ingrediente nos coeficientes de digestibilidade. O intervalo de coleta não afetou a digestibilidade da proteína e da energia. As características físicas das fezes dos juvenis de apaiari aparentemente as tornam menos sensíveis à perda de nutrientes por lixiviação, permitindo intervalos de coleta maiores. A digestibilidade da proteína dos ingredientes avaliados foi semelhante, mostrando que a digestibilidade aparente de ingredientes animais e vegetais por juvenis de apaiari é eficiente. Os coeficientes de digestibilidade da energia foram maiores para a farinha de peixe e o farelo de soja comparado a farelo de trigo e milho. Ingredientes ricos em carboidratos (farelo de trigo e milho) apresentaram os piores coeficientes de digestibilidade da energia e, portanto, não são usados eficientemente pelos juvenis de apaiari.