Integrating species distribution models (SDMs) and phylogeography for two species of Alpine Primula.

The major intention of the present study was to investigate whether an approach combining the use of niche-based palaeodistribution modeling and phylo-geography would support or modify hypotheses about the Quaternary distributional history derived from phylogeographic methods alone. Our study system comprised two closely related species of Alpine Primula. We used species distribution models based on the extant distribution of the species and last glacial maximum (LGM) climate models to predict the distribution of the two species during the LGM. Phylogeographic data were generated using amplified fragment length polymorphisms (AFLPs). In Primula hirsuta, models of past distribution and phylogeographic data are partly congruent and support the hypothesis of widespread nunatak survival in the Central Alps. Species distribution models (SDMs) allowed us to differentiate between alpine regions that harbor potential nunatak areas and regions that have been colonized from other areas. SDMs revealed that diversity is a good indicator for nunataks, while rarity is a good indicator for peripheral relict populations that were not source for the recolonization of the inner Alps. In P. daonensis, palaeo-distribution models and phylogeographic data are incongruent. Besides the uncertainty inherent to this type of modeling approach (e.g., relatively coarse 1-km grain size), disagreement of models and data may partly be caused by shifts of ecological niche in both species. Nevertheless, we demonstrate that the combination of palaeo-distribution modeling with phylogeographical approaches provides a more differentiated picture of the distributional history of species and partly supports (P. hirsuta) and partly modifies (P. daonensis and P. hirsuta) hypotheses of Quaternary distributional history. Some of the refugial area indicated by palaeodistribution models could not have been identified with phylogeographic data.

A novel semi-fragile forensic watermarking scheme for remote sensing images

Peer-reviewed

Characterization of Fas (Apo-1, CD95)-Fas ligand interaction.

The death-inducing receptor Fas is activated when cross-linked by the type II membrane protein Fas ligand (FasL). When human soluble FasL (sFasL, containing the extracellular portion) was expressed in human embryo kidney 293 cells, the three N-linked glycans of each FasL monomer were found to be essential for efficient secretion. Based on the structure of the closely related lymphotoxin alpha-tumor necrosis factor receptor I complex, a molecular model of the FasL homotrimer bound to three Fas molecules was generated using knowledge-based protein modeling methods. Point mutations of amino acid residues predicted to affect the receptor-ligand interaction were introduced at three sites. The F275L mutant, mimicking the loss of function murine gld mutation, exhibited a high propensity for aggregation and was unable to bind to Fas. Mutants P206R, P206D, and P206F displayed reduced cytotoxicity toward Fas-positive cells with a concomitant decrease in the binding affinity for the recombinant Fas-immunoglobulin Fc fusion proteins. Although the cytotoxic activity of mutant Y218D was unaltered, mutant Y218R was inactive, correlating with the prediction that Tyr-218 of FasL interacts with a cluster of three basic amino acid side chains of Fas. Interestingly, mutant Y218F could induce apoptosis in murine, but not human cells.

Use of Statistical Methods in Demand Planning

In a very volatile industry of high technology it is of utmost importance to accurately forecast customers’ demand. However, statistical forecasting of sales, especially in heavily competitive electronics product business, has always been a challenging task due to very high variation in demand and very short product life cycles of products. The purpose of this thesis is to validate if statistical methods can be applied to forecasting sales of short life cycle electronics products and provide a feasible framework for implementing statistical forecasting in the environment of the case company. Two different approaches have been developed for forecasting on short and medium term and long term horizons. Both models are based on decomposition models, but differ in interpretation of the model residuals. For long term horizons residuals are assumed to represent white noise, whereas for short and medium term forecasting horizon residuals are modeled using statistical forecasting methods. Implementation of both approaches is performed in Matlab. Modeling results have shown that different markets exhibit different demand patterns and therefore different analytical approaches are appropriate for modeling demand in these markets. Moreover, the outcomes of modeling imply that statistical forecasting can not be handled separately from judgmental forecasting, but should be perceived only as a basis for judgmental forecasting activities. Based on modeling results recommendations for further deployment of statistical methods in sales forecasting of the case company are developed.

Optical Encryption using Photon-Counting Polarimetric Imaging

We present a polarimetric-based optical encoder for image encryption and verification. A system for generating random polarized vector keys based on a Mach-Zehnder configuration combined with translucent liquid crystal displays in each path of the interferometer is developed. Polarization information of the encrypted signal is retrieved by taking advantage of the information provided by the Stokes parameters. Moreover, photon-counting model is used in the encryption process which provides data sparseness and nonlinear transformation to enhance security. An authorized user with access to the polarization keys and the optical design variables can retrieve and validate the photon-counting plain-text. Optical experimental results demonstrate the feasibility of the encryption method.

Design and development of the architecture of an agricultural mobile robot

Parameters such as tolerance, scale and agility utilized in data sampling for using in Precision Agriculture required an expressive number of researches and development of techniques and instruments for automation. It is highlighted the employment of methodologies in remote sensing used in coupled to a Geographic Information System (GIS), adapted or developed for agricultural use. Aiming this, the application of Agricultural Mobile Robots is a strong tendency, mainly in the European Union, the USA and Japan. In Brazil, researches are necessary for the development of robotics platforms, serving as a basis for semi-autonomous and autonomous navigation systems. The aim of this work is to describe the project of an experimental platform for data acquisition in field for the study of the spatial variability and development of agricultural robotics technologies to operate in agricultural environments. The proposal is based on a systematization of scientific work to choose the design parameters utilized for the construction of the model. The kinematic study of the mechanical structure was made by the virtual prototyping process, based on modeling and simulating of the tension applied in frame, using the.

Servo drive in hoist application

The objective of this master thesis is to test according to hoisting requirements, a servo drive system and compare its performance with the performance of a drive equipped with a vector controlled frequency converter. Both systems utilize closed-loop vector control based on PCL program control. In order to compare the results of tests both systems were connected to the same motor driving a variable speed electrical chain hoist. Tests were based on requirements to both systems. As requirements of tests zero speed operation, operation in field weakening, positioning accuracy and smoothness of motion are taken into consideration. Both systems demonstrate quite similar performance and meet the requirements. Servo drive system demonstrates a high positioning accuracy and dynamic performance. Frequency converter is not able to provide the same positioning accuracy and dynamic performance as servo drive.

Caractérisation de la composante toxicocinétique du facteur d’ajustement pour la variabilité interindividuelle utilisé en analyse du risque toxicologique

Un facteur d’incertitude de 10 est utilisé par défaut lors de l’élaboration des valeurs toxicologiques de référence en santé environnementale, afin de tenir compte de la variabilité interindividuelle dans la population. La composante toxicocinétique de cette variabilité correspond à racine de 10, soit 3,16. Sa validité a auparavant été étudiée sur la base de données pharmaceutiques colligées auprès de diverses populations (adultes, enfants, aînés). Ainsi, il est possible de comparer la valeur de 3,16 au Facteur d’ajustement pour la cinétique humaine (FACH), qui constitue le rapport entre un centile élevé (ex. : 95e) de la distribution de la dose interne dans des sous-groupes présumés sensibles et sa médiane chez l’adulte, ou encore à l’intérieur d’une population générale. Toutefois, les données expérimentales humaines sur les polluants environnementaux sont rares. De plus, ces substances ont généralement des propriétés sensiblement différentes de celles des médicaments. Il est donc difficile de valider, pour les polluants, les estimations faites à partir des données sur les médicaments. Pour résoudre ce problème, la modélisation toxicocinétique à base physiologique (TCBP) a été utilisée pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes lors de l’exposition aux polluants. Cependant, les études réalisées à ce jour n’ont que peu permis d’évaluer l’impact des conditions d’exposition (c.-à-d. voie, durée, intensité), des propriétés physico/biochimiques des polluants, et des caractéristiques de la population exposée sur la valeur du FACH et donc la validité de la valeur par défaut de 3,16. Les travaux de la présente thèse visent à combler ces lacunes. À l’aide de simulations de Monte-Carlo, un modèle TCBP a d’abord été utilisé pour simuler la variabilité interindividuelle des doses internes (c.-à-d. chez les adultes, ainés, enfants, femmes enceintes) de contaminants de l’eau lors d’une exposition par voie orale, respiratoire, ou cutanée. Dans un deuxième temps, un tel modèle a été utilisé pour simuler cette variabilité lors de l’inhalation de contaminants à intensité et durée variables. Ensuite, un algorithme toxicocinétique à l’équilibre probabiliste a été utilisé pour estimer la variabilité interindividuelle des doses internes lors d’expositions chroniques à des contaminants hypothétiques aux propriétés physico/biochimiques variables. Ainsi, les propriétés de volatilité, de fraction métabolisée, de voie métabolique empruntée ainsi que de biodisponibilité orale ont fait l’objet d’analyses spécifiques. Finalement, l’impact du référent considéré et des caractéristiques démographiques sur la valeur du FACH lors de l’inhalation chronique a été évalué, en ayant recours également à un algorithme toxicocinétique à l’équilibre. Les distributions de doses internes générées dans les divers scénarios élaborés ont permis de calculer dans chaque cas le FACH selon l’approche décrite plus haut. Cette étude a mis en lumière les divers déterminants de la sensibilité toxicocinétique selon le sous-groupe et la mesure de dose interne considérée. Elle a permis de caractériser les déterminants du FACH et donc les cas où ce dernier dépasse la valeur par défaut de 3,16 (jusqu’à 28,3), observés presqu’uniquement chez les nouveau-nés et en fonction de la substance mère. Cette thèse contribue à améliorer les connaissances dans le domaine de l’analyse du risque toxicologique en caractérisant le FACH selon diverses considérations.

Approche multidisciplinaire pour l’amélioration de l’estimation de l’exposition aux sous-produits de désinfection de l’eau en milieu domestique et en piscine

La désinfection de l’eau de consommation et des piscines induit la formation de sous-produits (SPD) potentiellement nocifs pour la santé, parmi lesquels les trihalométhanes (THM), les acides haloacétiques (HAA) et les chloramines (CAM). La difficulté d’estimer l’exposition humaine à ces SPD empêche de cerner précisément les risques sanitaires possiblement associés (i.e., cancérigènes, reprotoxiques, irritatifs). Nos travaux s’articulent autour d’une méthodologie consistant à intégrer des données d’occurrence environnementales à des modèles toxicocinétiques à base physiologique (TCBP) pour améliorer les mesures de l’exposition aux SPD. Cette approche multidisciplinaire veut prendre en compte de manière aussi appropriée que possible les deux composantes majeures des variations de cette exposition : les variations spatio-temporelles des niveaux de contamination environnementale et l’impact des différences inter- et intra-individuelles sur les niveaux biologiques. Cette thèse, organisée en deux volets qui explorent chacun successivement des aspects environnemental et biologique de la problématique, vise à contribuer au développement de cette stratégie innovante d’estimation de l’exposition et, plus généralement, à des meilleures pratiques en la matière. Le premier volet de la thèse s’intéresse à l’exposition en milieu domestique (i.e., résultant de l’utilisation de l’eau potable au domicile) et est consacré au cas complexe des THM, les plus abondants et volatils des SPD, absorbables par ingestion mais aussi par inhalation et voie percutanée. Les articles I et II, constitutifs de ce volet, documentent spécifiquement la question des variations inter- et intra- journalières de présence des SPD en réseau et de leurs impacts sur les estimateurs de l’exposition biologique. Ils décrivent l’amplitude et la diversité des variations à court terme des niveaux environnementaux, présentent les difficultés à proposer une façon systématique et « épidémiologiquement » pratique de les modéliser et proposent, de manière originale, une évaluation des mésestimations, somme toute modestes, des mesures biologiques de l’exposition résultant de leurs non-prise en compte. Le deuxième volet de la thèse se penche sur l’exposition aux SPD en piscine, d’un intérêt grandissant au niveau international, et se restreint au cas jugé prioritaire des piscines publiques intérieures. Ce volet envisage, pour quantifier l’exposition dans ce contexte particulier, l’extension de l’approche méthodologique préconisée, élaborée originellement pour application dans un contexte domestique : d’abord, à travers une analyse approfondie des variations des niveaux de contamination (eau, air) des SPD en piscine en vue de les modéliser (article III); puis en examinant, dans le cas particulier du chloroforme, le THM le plus abondant, la possibilité d’utiliser la modélisation TCBP pour simuler des expositions en piscine (article IV). Les résultats mettent notamment en évidence la difficulté d’appréhender précisément la contamination environnementale autrement que par un échantillonnage in situ tandis que la modélisation TCBP apparait, sur le plan toxicologique, comme l’outil le plus pertinent à ce jour, notamment au regard des autres approches existantes, mais qu’il convient d’améliorer pour mieux prédire les niveaux d’exposition biologique. Finalement, ces travaux illustrent la pertinence et la nécessité d’une approche multidisciplinaire et intégratrice et suggère, sur cette base, les pistes à explorer en priorité pour mieux évaluer l’exposition aux SPD et, in fine, cerner véritablement les risques sanitaires qui en résultent.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Modelación de los sectores estudiados para definir el perfil logístico de Colombia

Colombia siempre ha velado por tener una mejor infraestructura del país, haciendo que se mantenga preocupado por su posición competitiva frente a su desarrollo como hub logístico de Latinoamérica. Esto se ve fundamentado a través de la política nacional logística escrita en el COMPES 3547. Sin embargo, hay un desconocimiento por los empresarios grandes y pequeños del país acerca de las pretensiones que el gobierno quiere llevar a cabo sobre los distintos sectores económicos. La simulación de estructuras como sistemas es de vital importancia para el desarrollo y mejoramiento de cadenas de suministro. La administración de la cadena como sistema que integra procesos permite producir constantemente, mantener niveles adecuados de inventario y cumplir con los requerimientos del cliente final. Lo anterior teniendo en cuenta que los principales actores de la cadena son proveedores, fabricantes, clientes, detallistas, transportadores y distribuidores, En un entorno en el que la globalización constituye quizá el motor más importante para el desempeño de la cadena de suministros, pues rompe barreras geográficas. En síntesis la simulación es un aporte importante para la correcta planeación y operación de la cadena de suministros y esto a la vez permite prestar un buen servicio al cliente mientras se reducen costos y tiempos.

Updated estimate of aerosol direct radiative forcing from satellite observations and comparison against the Hadley Centre climate model

The fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) includes a comparison of observation-based and modeling-based estimates of the aerosol direct radiative forcing. In this comparison, satellite-based studies suggest a more negative aerosol direct radiative forcing than modeling studies. A previous satellite-based study, part of the IPCC comparison, uses aerosol optical depths and accumulation-mode fractions retrieved by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) at collection 4. The latest version of MODIS products, named collection 5, improves aerosol retrievals. Using these products, the direct forcing in the shortwave spectrum defined with respect to present-day natural aerosols is now estimated at −1.30 and −0.65 Wm−2 on a global clear-sky and all-sky average, respectively, for 2002. These values are still significantly more negative than the numbers reported by modeling studies. By accounting for differences between present-day natural and preindustrial aerosol concentrations, sampling biases, and investigating the impact of differences in the zonal distribution of anthropogenic aerosols, good agreement is reached between the direct forcing derived from MODIS and the Hadley Centre climate model HadGEM2-A over clear-sky oceans. Results also suggest that satellite estimates of anthropogenic aerosol optical depth over land should be coupled with a robust validation strategy in order to refine the observation-based estimate of aerosol direct radiative forcing. In addition, the complex problem of deriving the aerosol direct radiative forcing when aerosols are located above cloud still needs to be addressed.

Advanced feature selection methods in multinominal dementia classification from structural MRI data

Recent studies showed that features extracted from brain MRIs can well discriminate Alzheimer’s disease from Mild Cognitive Impairment. This study provides an algorithm that sequentially applies advanced feature selection methods for findings the best subset of features in terms of binary classification accuracy. The classifiers that provided the highest accuracies, have been then used for solving a multi-class problem by the one-versus-one strategy. Although several approaches based on Regions of Interest (ROIs) extraction exist, the prediction power of features has not yet investigated by comparing filter and wrapper techniques. The findings of this work suggest that (i) the IntraCranial Volume (ICV) normalization can lead to overfitting and worst the accuracy prediction of test set and (ii) the combined use of a Random Forest-based filter with a Support Vector Machines-based wrapper, improves accuracy of binary classification.

Goals Software Construction Process

Generalized hyper competitiveness in the world markets has determined the need to offer better products to potential and actual clients in order to mark an advantagefrom other competitors. To ensure the production of an adequate product, enterprises need to work on the efficiency and efficacy of their business processes (BPs) by means of the construction of Interactive Information Systems (IISs, including Interactive Multimedia Documents) so that they are processed more fluidly and correctly.The construction of the correct IIS is a major task that can only be successful if the needs from every intervenient are taken into account. Their requirements must bedefined with precision, extensively analyzed and consequently the system must be accurately designed in order to minimize implementation problems so that the IIS isproduced on schedule and with the fewer mistakes as possible. The main contribution of this thesis is the proposal of Goals, a software (engineering) construction process which aims at defining the tasks to be carried out in order to develop software. This process defines the stakeholders, the artifacts, and the techniques that should be applied to achieve correctness of the IIS. Complementarily, this process suggests two methodologies to be applied in the initial phases of the lifecycle of the Software Engineering process: Process Use Cases for the phase of requirements, and; MultiGoals for the phases of analysis and design. Process Use Cases is a UML-based (Unified Modeling Language), goal-driven and use case oriented methodology for the definition of functional requirements. It uses an information oriented strategy in order to identify BPs while constructing the enterprise’s information structure, and finalizes with the identification of use cases within the design of these BPs. This approach provides a useful tool for both activities of Business Process Management and Software Engineering. MultiGoals is a UML-based, use case-driven and architectural centric methodology for the analysis and design of IISs with support for Multimedia. It proposes the analysis of user tasks as the basis of the design of the: (i) user interface; (ii) the system behaviour that is modeled by means of patterns which can combine Multimedia and standard information, and; (iii) the database and media contents. This thesis makes the theoretic presentation of these approaches accompanied with examples from a real project which provide the necessary support for the understanding of the used techniques.

Controle aplicado a poços com método de elevação e bombeio centrífugo submerso

The Electrical Submersible Pumping is an artificial lift method for oil wells employed in onshore and offshore areas. The economic revenue of the petroleum production in a well depends on the oil flow and the availability of lifting equipment. The fewer the failures, the lower the revenue shortfall and costs to repair it. The frequency with which failures occur depends on the operating conditions to which the pumps are submitted. In high-productivity offshore wells monitoring is done by operators with engineering support 24h/day, which is not economically viable for the land areas. In this context, the automation of onshore wells has clear economic advantages. This work proposes a system capable of automatically control the operation of electrical submersible pumps, installed in oil wells, by an adjustment at the electric motor rotation based on signals provided by sensors installed on the surface and subsurface, keeping the pump operating within the recommended range, closest to the well s potential. Techniques are developed to estimate unmeasured variables, enabling the automation of wells that do not have all the required sensors. The automatic adjustment, according to an algorithm that runs on a programmable logic controller maintains the flow and submergence within acceptable parameters avoiding undesirable operating conditions, as the gas interference and high engine temperature, without need to resort to stopping the engine, which would reduce the its useful life. The control strategy described, based on modeling of physical phenomena and operational experience reported in literature, is materialized in terms of a fuzzy controller based on rules, and all generated information can be accompanied by a supervisory system