Climate and infectious disease: Use of remote sensing for detection of Vibrio cholerae by indirect measurement

It has long been known that cholera outbreaks can be initiated when Vibrio cholerae, the bacterium that causes cholera, is present in drinking water in sufficient numbers to constitute an infective dose, if ingested by humans. Outbreaks associated with drinking or bathing in unpurified river or brackish water may directly or indirectly depend on such conditions as water temperature, nutrient concentration, and plankton production that may be favorable for growth and reproduction of the bacterium. Although these environmental parameters have routinely been measured by using water samples collected aboard research ships, the available data sets are sparse and infrequent. Furthermore, shipboard data acquisition is both expensive and time-consuming. Interpolation to regional scales can also be problematic. Although the bacterium, V. cholerae, cannot be sensed directly, remotely sensed data can be used to infer its presence. In the study reported here, satellite data were used to monitor the timing and spread of cholera. Public domain remote sensing data for the Bay of Bengal were compared directly with cholera case data collected in Bangladesh from 1992–1995. The remote sensing data included sea surface temperature and sea surface height. It was discovered that sea surface temperature shows an annual cycle similar to the cholera case data. Sea surface height may be an indicator of incursion of plankton-laden water inland, e.g., tidal rivers, because it was also found to be correlated with cholera outbreaks. The extensive studies accomplished during the past 25 years, confirming the hypothesis that V. cholerae is autochthonous to the aquatic environment and is a commensal of zooplankton, i.e., copepods, when combined with the findings of the satellite data analyses, provide strong evidence that cholera epidemics are climate-linked.

Global air-sea flux of CO2: An estimate based on measurements of sea–air pCO2 difference

Approximately 250,000 measurements made for the pCO2 difference between surface water and the marine atmosphere, ΔpCO2, have been assembled for the global oceans. Observations made in the equatorial Pacific during El Nino events have been excluded from the data set. These observations are mapped on the global 4° × 5° grid for a single virtual calendar year (chosen arbitrarily to be 1990) representing a non-El Nino year. Monthly global distributions of ΔpCO2 have been constructed using an interpolation method based on a lateral advection–diffusion transport equation. The net flux of CO2 across the sea surface has been computed using ΔpCO2 distributions and CO2 gas transfer coefficients across sea surface. The annual net uptake flux of CO2 by the global oceans thus estimated ranges from 0.60 to 1.34 Gt-C⋅yr−1 depending on different formulations used for wind speed dependence on the gas transfer coefficient. These estimates are subject to an error of up to 75% resulting from the numerical interpolation method used to estimate the distribution of ΔpCO2 over the global oceans. Temperate and polar oceans of the both hemispheres are the major sinks for atmospheric CO2, whereas the equatorial oceans are the major sources for CO2. The Atlantic Ocean is the most important CO2 sink, providing about 60% of the global ocean uptake, while the Pacific Ocean is neutral because of its equatorial source flux being balanced by the sink flux of the temperate oceans. The Indian and Southern Oceans take up about 20% each.

High-resolution mapping of nucleoprotein complexes by site-specific protein-DNA photocrosslinking: organization of the human TBP-TFIIA-TFIIB-DNA quaternary complex.

We have used a novel site-specific protein-DNA photocrosslinking procedure to define the positions of polypeptide chains relative to promoter DNA in binary, ternary, and quaternary complexes containing human TATA-binding protein, human or yeast transcription factor IIA (TFIIA), human transcription factor IIB (TFIIB), and promoter DNA. The results indicate that TFIIA and TFIIB make more extensive interactions with promoter DNA than previously anticipated. TATA-binding protein, TFIIA, and TFIIB surround promoter DNA for two turns of DNA helix and thus may form a "cylindrical clamp" effectively topologically linked to promoter DNA. Our results have implications for the energetics, DNA-sequence-specificity, and pathway of assembly of eukaryotic transcription complexes.

Impact of artifact correction methods on R-R interbeat signals to quantifying heart rate variability (HRV) according to linear and nonlinear methods.

In the analysis of heart rate variability (HRV) are used temporal series that contains the distances between successive heartbeats in order to assess autonomic regulation of the cardiovascular system. These series are obtained from the electrocardiogram (ECG) signal analysis, which can be affected by different types of artifacts leading to incorrect interpretations in the analysis of the HRV signals. Classic approach to deal with these artifacts implies the use of correction methods, some of them based on interpolation, substitution or statistical techniques. However, there are few studies that shows the accuracy and performance of these correction methods on real HRV signals. This study aims to determine the performance of some linear and non-linear correction methods on HRV signals with induced artefacts by quantification of its linear and nonlinear HRV parameters. As part of the methodology, ECG signals of rats measured using the technique of telemetry were used to generate real heart rate variability signals without any error. In these series were simulated missing points (beats) in different quantities in order to emulate a real experimental situation as accurately as possible. In order to compare recovering efficiency, deletion (DEL), linear interpolation (LI), cubic spline interpolation (CI), moving average window (MAW) and nonlinear predictive interpolation (NPI) were used as correction methods for the series with induced artifacts. The accuracy of each correction method was known through the results obtained after the measurement of the mean value of the series (AVNN), standard deviation (SDNN), root mean square error of the differences between successive heartbeats (RMSSD), Lomb\'s periodogram (LSP), Detrended Fluctuation Analysis (DFA), multiscale entropy (MSE) and symbolic dynamics (SD) on each HRV signal with and without artifacts. The results show that, at low levels of missing points the performance of all correction techniques are very similar with very close values for each HRV parameter. However, at higher levels of losses only the NPI method allows to obtain HRV parameters with low error values and low quantity of significant differences in comparison to the values calculated for the same signals without the presence of missing points.

Relação espacial dos óbitos e internações por tuberculose com indicadores sociais em Ribeirão Preto (SP)

Objetivo: Propôs-se analisar a relação espacial dos óbitos e internações evitáveis por TB com indicadores sociais em Ribeirão Preto/SP. Métodos: Trata-se de um estudo ecológico em que foram considerados os casos de óbitos e internações, tendo como causa básica do óbito e motivo principal da internação, a tuberculose (CID A15.0 a A19.9), ocorridos na zona urbana de Ribeirão Preto e registrados respectivamente no Sistema de Informação sobre Mortalidade e no Sistema de Internação Hospitalar do Sistema Único de Saúde no período de 2006 a 2012. Foi realizada a análise univariada das variáveis sociodemográficas e operacionais dos casos investigados. Para construção dos indicadores sociais utilizou-se a análise de componentes principais, sendo selecionados dados das áreas de abrangência do município, considerando os dados do Censo Demográfico de 2010. A geocodificação dos casos foi processada no TerraView versão 4.2.2. Recorreu-se à regressão linear múltipla, pelo método dos mínimos quadrados e à regressão espacial para análise da relação de dependência espacial entre os indicadores sociais e as taxas de mortalidade e de internações por TB. A autocorrelação nos resíduos da regressão linear múltipla foi testada por meio do Teste Global de Moran, as análises foram realizadas considerando os softwares Arcgis-versão 10.1, Statistica versão 12.0, OpenGeoDa versão 1.0 e R versão 3.2.3. Para o diagnóstico do melhor modelo de regressão espacial, utilizou-se o teste Multiplicador de Lagrange. Em todos os testes, foi fixado o nivel de significancia de alfa em 5% (p< 0,05). Resultados: Foram registrados 50 casos de óbitos e 196 casos de internações por TB. A maioria dos casos registrados em ambos os sistemas se deu em pessoas do sexo masculino (n=41; 82%/n=146; 74,5%) e com a forma clínica pulmonar (n=44; 80,0%/n=138; 67,9%). Na construção dos indicadores sociais, três novas variáveis surgiram, apresentando respectivamente variância total de 46,2%, 18,7% e 14,6% sendo denominadas como indicadores de renda, desigualdade social e equidade social. Na modelagem para verificar relação espacial entre os óbitos e os indicadores sociais observou-se que a equidade social foi indicador estatisticamente significativo (p=0,0013) com relação negativa a mortalidade, sendo o Modelo da Defasagem Espacial o melhor método para testar a dependência espacial, com valor de ? (rho) estimado em 0,53 e altamente significativo (p=0,0014). Já na modelagem da relação espacial entre as internações por tuberculose e os indicadores sociais, o indicador de renda apresentou-se estatisticamente significativo (p=0,015) com relação negativa a internação e o melhor método para testar a dependência espacial também foi o Modelo da Defasagem Espacial com valor de ? (rho) estimado em 0,80 e altamente significativo (p<0,0001). Conclusão: O estudo contribuiu no avanço do conhecimento de que a mortalidade e as internações por tuberculose são eventos socialmente determinados, o que sugere investimento por parte da gestão

Orchestration of energy efficiency capabilities for a sustainable network management

The energy demand for operating Information and Communication Technology (ICT) systems has been growing, implying in high operational costs and consequent increase of carbon emissions. Both in datacenters and telecom infrastructures, the networks represent a significant amount of energy spending. Given that, there is an increased demand for energy eficiency solutions, and several capabilities to save energy have been proposed. However, it is very dificult to orchestrate such energy eficiency capabilities, i.e., coordinate or combine them in the same network, ensuring a conflict-free operation and choosing the best one for a given scenario, ensuring that a capability not suited to the current bandwidth utilization will not be applied and lead to congestion or packet loss. Also, there is no way in the literature to do this taking business directives into account. In this regard, a method able to orchestrate diferent energy eficiency capabilities is proposed considering the possible combinations and conflicts among them, as well as the best option for a given bandwidth utilization and network characteristics. In the proposed method, the business policies specified in a high-level interface are refined down to the network level in order to bring highlevel directives into the operation, and a Utility Function is used to combine energy eficiency and performance requirements. A Decision Tree able to determine what to do in each scenario is deployed in a Software Defined Network environment. The proposed method was validated with diferent experiments, testing the Utility Function, checking the extra savings when combining several capabilities, the decision tree interpolation and dynamicity aspects. The orchestration proved to be valid to solve the problem of finding the best combination for a given scenario, achieving additional savings due to the combination, besides ensuring a conflict-free operation.

Aplicação de métodos geoestatísticos no estudo das distribuições espaciais de condutividade hidráulica em áreas do Sistema Aquífero Guarani (SAG) e do Sistema Aquífero Bauru (SAB) no Estado de São Paulo

A condutividade hidráulica (K) é um dos parâmetros controladores da magnitude da velocidade da água subterrânea, e consequentemente, é um dos mais importantes parâmetros que afetam o fluxo subterrâneo e o transporte de solutos, sendo de suma importância o conhecimento da distribuição de K. Esse trabalho visa estimar valores de condutividade hidráulica em duas áreas distintas, uma no Sistema Aquífero Guarani (SAG) e outra no Sistema Aquífero Bauru (SAB) por meio de três técnicas geoestatísticas: krigagem ordinária, cokrigagem e simulação condicional por bandas rotativas. Para aumentar a base de dados de valores de K, há um tratamento estatístico dos dados conhecidos. O método de interpolação matemática (krigagem ordinária) e o estocástico (simulação condicional por bandas rotativas) são aplicados para estimar os valores de K diretamente, enquanto que os métodos de krigagem ordinária combinada com regressão linear e cokrigagem permitem incorporar valores de capacidade específica (Q/s) como variável secundária. Adicionalmente, a cada método geoestatístico foi aplicada a técnica de desagrupamento por célula para comparar a sua capacidade de melhorar a performance dos métodos, o que pode ser avaliado por meio da validação cruzada. Os resultados dessas abordagens geoestatísticas indicam que os métodos de simulação condicional por bandas rotativas com a técnica de desagrupamento e de krigagem ordinária combinada com regressão linear sem a técnica de desagrupamento são os mais adequados para as áreas do SAG (rho=0.55) e do SAB (rho=0.44), respectivamente. O tratamento estatístico e a técnica de desagrupamento usados nesse trabalho revelaram-se úteis ferramentas auxiliares para os métodos geoestatísticos.

Controle de um pêndulo invertido com 6 graus de liberdade e rodas de reação.

Nesta dissertação, um tipo diferente de pêndulo invertido controlado por rodas de reação é apresentado. Sua principal diferença está em seu ponto de articulação, que é constituído por uma junta esférica que permite com que o pêndulo gire em torno de seus três eixos. Além disso, três rodas de reação são utilizadas para seu controle e estabilização. Primeiramente, um modelo do sistema é obtido a partir das equação de Euler-Lagrange, das leis de Newton e das leis de Kirchhoff. Em seguida, uma lei de controle que assegura a estabilização assintótica do sistema em um grande domínio é proposta. Por fim, simulações são realizadas para validar o controlador projetado. Esse sistema possui diversas características interessantes, tanto do ponto de vista teórico como do ponto de vista de pesquisa. Do ponto de vista teórico, o sistema é nãolinear e suas entradas são fortemente acopladas, o que torna particularmente adequado para o processo de projeto e implementação de diversas técnicas de estabilização. Do ponto de vista de pesquisa, são consideradas duas técnicas de controle não linear: linearização padrão e linearização exata. Para que o sistema seja robusto e não desperdice energia, essas duas leis de controle diferentes são comutadas para a obtencão de um número suficiente de domínio de estabilidade.

Controlador integrado baseado em conceito híbrido e controle geométrico para embarcações posicionadas dinamicamente.

O conceito de controle híbrido é aplicado à operação de alívio entre um FPWSO e um navio aliviador. Ambos os navios mantêm suas posições e aproamentos pelo resultado da ação do seu Sistema de Posicionamento Dinâmico (SPD). O alívio dura cerca de 24 horas para ser concluído. Durante este período, o estado de mar pode se alterar e os calados estão sendo constantemente alterados. Um controlador híbrido é projetado para permitir modificacões dos parâmetros de controle/observação se alguma alteração significante do estado de mar e/ou calado das embarcações ocorrer. O principal objetivo dos controladores é manter o posicionamento relativo entre os navios com o intuito de evitar perigosa proximidade ou excesso de tensão no cabo. Com isto em mente, uma nova estratégia de controle que atue integradamente em ambos os navios é proposta baseda em geometria diferencial. Observadores não lineares baseados em passividade são aplicados para estimar a posição, a velocidade e as forças externas de mares calmos até extremos. O critério para troca do controle/observação é baseado na variação do calado e no estado de mar. O calado é assumido conhecido e o estado de mar é estimado pela frequência de pico do espectro do movimento de primeira ordem dos navios. Um modelo de perturbação é proposto para encontrar o número de controladores do sistema híbrido. A equivalência entre o controle geométrico e o controlador baseado em Multiplicadores de Lagrange é demonstrada. Assumindo algumas hipóteses, a equivalência entre os controladores geométrico e o PD é também apresentada. O desempenho da nova estratégia é avaliada por meio de simulações numéricas e comparada a um controlador PD. Os resultados apresentam muito bom desempenho em função do objetivo proposto. A comparação entre a abordagem geométrica e o controlador PD aponta um desempenho muito parecido entre eles.

Optimización (curso 2011-2012)

Material docente de la asignatura «Simulación y Optimización de procesos químicos». Parte de Optimización OPTIMIZACIÓN TEMA 6. Conceptos Básicos 6.1 Introducción. Desarrollo histórico de la optimización de procesos. 6.2 Funciones y regiones cóncavas y convexas. 6.3 Optimización sin restricciones. 6.4 Optimización con restricciones de igualdad y desigualdad. Condiciones de optimalidad de Karush Khun Tucker 6.5 Interpretación de los Multiplicadores de Lagrange. TEMA 7. Programación lineal 7.1 Introducción. Planteamiento del problema en forma canónica y forma estándar. 7.2 Teoremas de la programación lineal 7.3 Resolución gráfica 7.4 Resolución en forma de tabla. El método simplex. 7.5 Variables artificiales. Método de la Gran M y método de las dos fases. 7.6 Conceptos básicos de dualidad. TEMA 8. Programación no lineal 8.1 Repaso de métodos numéricos de optimización sin restricciones 8.2 Optimización con restricciones. Fundamento de los métodos de programación cuadrática sucesiva y de gradiente reducido. TEMA 9. Introducción a la programación lineal y no lineal con variables discretas. 9.1 Conceptos básicos para la resolución de problemas lineales con variables discretas.(MILP, mixed integer linear programming) 9.2 Introducción a la programación no lineal con variables continuas y discretas (MINLP mixed integer non linear programming) 9.3 Modelado de problemas con variables binarias: 9.3.1 Conceptos básicos de álgebra de Boole 9.3.2 Transformación de expresiones lógicas a expresiones algebraicas 9.3.3 Modelado con variables discretas y continuas. Formulación de envolvente convexa y de la gran M.

New method for designing distillation columns of multicomponent mixtures

This paper presents a series of calculation procedures for computer design of ternary distillation columns overcoming the iterative equilibrium calculations necessary in these kind of problems and, thus, reducing the calculation time. The proposed procedures include interpolation and intersection methods to solve the equilibrium equations and the mass and energy balances. The calculation programs proposed also include the possibility of rigorous solution of mass and energy balances and equilibrium relations.

Open-access operating algorithms for commercial videokeratographer and improvement of corneal sampling

We present an algorithm to process images of reflected Placido rings captured by a commercial videokeratoscope. Raw data are obtained with no Cartesian-to-polar-coordinate conversion, thus avoiding interpolation and associated numerical artifacts. The method provides a characteristic equation for the device and is able to process around 6 times more corneal data than the commercial software. Our proposal allows complete control over the whole process from the capture of corneal images until the computation of curvature radii.

Efficient sampling of band-limited signals from sine wave crossings

This correspondence presents an efficient method for reconstructing a band-limited signal in the discrete domain from its crossings with a sine wave. The method makes it possible to design A/D converters that only deliver the crossing timings, which are then used to interpolate the input signal at arbitrary instants. Potentially, it may allow for reductions in power consumption and complexity in these converters. The reconstruction in the discrete domain is based on a recently-proposed modification of the Lagrange interpolator, which is readily implementable with linear complexity and efficiently, given that it re-uses known schemes for variable fractional-delay (VFD) filters. As a spin-off, the method allows one to perform spectral analysis from sine wave crossings with the complexity of the FFT. Finally, the results in the correspondence are validated in several numerical examples.

Phase equilibria of the water + 1-butanol + toluene ternary system at 101.3 kPa

Isobaric vapour–liquid and vapour–liquid–liquid equilibrium data for the water + 1-butanol + toluene ternary system were measured at 101.3 kPa with a modified VLE 602 Fischer apparatus. In addition, the liquid–liquid equilibrium data at 313.15 K were measured and compared with data from other authors at different temperatures. The system exhibits a ternary heterogeneous azeotrope whose temperature and composition have been determined by interpolation. The thermodynamic consistency of the experimental vapour–liquid and vapour–liquid–liquid data was checked by means of the Wisniak’s Li/Wi consistency test. Moreover, the vapour–liquid and the liquid–liquid equilibrium correlation for the ternary system with NRTL and UNIQUAC models, together with the prediction made with the UNIFAC model, were studied and discussed.

Subsidence activity maps derived from DInSAR data: Orihuela case study

A new methodology is proposed to produce subsidence activity maps based on the geostatistical analysis of persistent scatterer interferometry (PSI) data. PSI displacement measurements are interpolated based on conditional Sequential Gaussian Simulation (SGS) to calculate multiple equiprobable realizations of subsidence. The result from this process is a series of interpolated subsidence values, with an estimation of the spatial variability and a confidence level on the interpolation. These maps complement the PSI displacement map, improving the identification of wide subsiding areas at a regional scale. At a local scale, they can be used to identify buildings susceptible to suffer subsidence related damages. In order to do so, it is necessary to calculate the maximum differential settlement and the maximum angular distortion for each building of the study area. Based on PSI-derived parameters those buildings in which the serviceability limit state has been exceeded, and where in situ forensic analysis should be made, can be automatically identified. This methodology has been tested in the city of Orihuela (SE Spain) for the study of historical buildings damaged during the last two decades by subsidence due to aquifer overexploitation. The qualitative evaluation of the results from the methodology carried out in buildings where damages have been reported shows a success rate of 100%.