Controlled Multitype Branching Models: Geometric Growth

2000 Mathematics Subject Classi cation: 60J80, 60F25.

Modelo de localização de sistemas de águas residuais

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Sistemas de Informação Geográfica

A novel repair model for imperfect maintenance

Commonly used repair rate models for repairable systems in the reliability literature are renewal processes, generalised renewal processes or non-homogeneous Poisson processes. In addition to these models, geometric processes (GP) are studied occasionally. The GP, however, can only model systems with monotonously changing (increasing, decreasing or constant) failure intensities. This paper deals with the reliability modelling of failure processes for repairable systems where the failure intensity shows a bathtub-type non-monotonic behaviour. A new stochastic process, i.e. an extended Poisson process, is introduced in this paper. Reliability indices are presented, and the parameters of the new process are estimated. Experimental results on a data set demonstrate the validity of the new process.

A novel repair model for imperfect maintenance

The basic repair rate models for repairable systems may be homogeneous Poisson processes, renewal processes or nonhomogeneous Poisson processes. In addition to these models, geometric processes are studied occasionally. Geometric processes, however, can only model systems with monotonously changing (increasing, decreasing or constant) failure intensity. This paper deals with the reliability modelling of the failure process of repairable systems when the failure intensity shows a bathtub type non-monotonic behaviour. A new stochastic process, an extended Poisson process, is introduced. Reliability indices and parameter estimation are presented. A comparison of this model with other repair models based on a dataset is made.

Ecologia da ictiofauna e análise ecossistêmica das áreas de influência direta da UHE Coaracy Nunes, Ferreira Gomes - AP

O reservatório da UHE Coaracy Nunes no rio Araguari esta localizado entre os municípios de Ferreira Gomes e Porto Grande no estado do Amapá-Brasil, distando 200 km do Oceano Atlântico. A usina Coaracy Nunes foi a primeira hidrelétrica a ser construída na Amazônia brasileira, tendo suas obras iniciadas em 1967. O rio Araguari e o principal rio do estado do Amapá e representa fonte de geração de renda através da pesca, atividades agropecuárias em sua várzea, navegação, mineração, geração de energia e lazer. O presente estudo teve por objetivo avaliar as alterações impostas pela construção do reservatório da UHE Coaracy Nunes, através das assembleias de peixes de quatro áreas de influencia direta desta usina. Para isso, no período de maio de 2009 a julho de 2010, foram realizadas coletas bimensais, de peixes, com redes de malhas padronizadas variando de 1,0 a 10,0 cm entre nos adjacentes e outras técnicas auxiliares. A partir destas coletas, no capitulo 1 foi verificado a composição, abundancia (CPUEn) e biomassa (CPUEp) relativas da ictiofauna, eficiência amostral (curva do coletor, curva de rarefação e Jacknife) e descritores ecológicos de comunidades (riqueza, diversidade, equitabilidade e dominância) das assembleias das quatro áreas. Foram efetuadas analises de variância (ANOVA: bifatorial), Kruskal-Wallis, teste-T e Mann-Whitney para verificar se havia diferenças significativas dos descritores entre as áreas e períodos sazonais. Estas análises foram corroboradas por analises multivariadas de agrupamento (cluster), ordenamento (MDS), Anosim e Simper. No capitulo 2, os estados ecológicos das quatro áreas foram verificados utilizando como indicadores: curvas espécie abundancia, curvas K-dominância e curvas ABC, assim como modelos espécie-abundancia serie geométrica, log serie, log normal e broken stick, e modelo de regressão linear de espectros de tamanho. No capitulo 3, a estrutura trófica foi estimada a partir da categorização das espécies de cada área em 5 guildas: piscívora, onívora, detritívora, carnívora e herbívora. A abundancia, biomassa e índices ecológicos destas guildas foram estimados e verificados suas variações espaço-temporais, por analises de variância (ANOVA: bifatorial e Kruskal-Wallis) e teste t. No capitulo 4, a dieta das espécies mais abundantes das assembleias de cada área foi verificada e suas variações espaço-temporais detectadas por analise de variância (ANOVA: bifatorial e Kruskal-Wallis). Também foram estimados a amplitude e sobreposição de nicho das espécies mais abundantes, assim como a existência de competição entre as espécies através de modelagem nula. No capitulo 5 foi realizada a avaliação ecossistêmica das quatro áreas através de modelos de fluxo de biomassa na rede trófica do ecossistema, usando como instrumento de modelação o software Ecopath. Essas análises tinham por objetivo descrever as variações dos atributos ecológicos que quantificam as propriedades de maturidade, estabilidade e resiliência ecossistêmica que pudessem refletir os estados ecológicos dessas áreas. O modelo incluiu compartimentos funcionais desde produtores primários ate predadores de topo. No geral, todas as análises indicaram sensíveis alterações na ictiofauna atribuídas a implantação da UHE Coaracy Nunes, que se refletem nos três níveis de organização: ecossistema, comunidade (assembleia) e guilda. Os resultados indicaram a captura de 1.977 peixes distribuídos em 2 classes, 9 ordens, 23 famílias, 73 gêneros e 108 espécies. As curvas de acumulação de espécies e curvas de rarefação individualizadas demonstraram que houve suficiência amostral nas áreas Reservatório e Lacustre. Os resultados mostraram que a área Jusante foi mais rica, diversa e equitativa em relação as demais e que a sazonalidade não influenciou na variação destes índices. A abundancia relativa (CPUEn) foi superior nas áreas Reservatório e Lacustre e a biomassa relativa (CPUEb) foi superior na área Jusante, não havendo diferenças sazonais para esses descritores em todas as áreas. As analises de agrupamento (cluster) e ordenamento (MDS) da ictiofauna permitiram identificar a formação de três assembleias distintas: Jusante, Montante e uma assembleia que compreende as áreas Reservatório e Lacustre, ratificando a similaridade dessas duas áreas. Os resultados das curvas whitakeplot, ABC e K-dominância, assim como o ajuste satisfatório do modelo broken stick e os padrões das curvas de espectro de tamanho para a assembleia da área a jusante indicam que esta área foi a mais equilibrada em termos ecológicos. Nas áreas Lacustre e Reservatório, os resultados tanto do ajuste ao modelo serie geométrica, quanto os resultados das curvas whitake-plot, ABC e K-dominância e o espectro de tamanho, assim como os resultados das curvas e ajustes ao modelo série e menor espectro de tamanho para a assembleia da área Reservatório, refletem que os peixes destas áreas, em sua maioria, são indivíduos pequenos com elevada dominância e baixa equitabilidade, caracterizando comunidades típicas de áreas impactadas. A estrutura trófica das assembleias de peixes das áreas represadas (Reservatório e Lacustre) foram formatadas em função do barramento do rio, que isolou e fragmentou o ambiente, determinando sua modificação física, impondo o estabelecimento de uma ictiofauna de espécies pré-adaptadas as condições ambientais de represamento, diferente, em parte, da estrutura da ictiofauna fluvial pre-barramento, destacando as piscívoras, onívoras e detritívoras, que foram as mais ricas e abundantes em função da disponibilidade, nas duas áreas, dos recursos alimentares de sua preferencia. Os resultados demonstraram que as dietas das assembleias de todas as áreas foram similares quanto ao predomínio do consumo de peixes e detritos, seguidos de alimento vegetal aloctone, revelando um padrão com poucos nichos amplos e uma concentração maior de espécies com nichos mais estreitos. Contudo, o padrão de baixa amplitude trófica foi evidenciado pelo predomínio da guilda piscívora, somada as guildas detritívora e herbívora. A sazonalidade pouco influenciou na alimentação da maioria das espécies em todas as áreas. Os padrões comparativos da dieta entre as áreas Montante e Jusante com as áreas Reservatório e Lacustre indicam que a maioria das espécies das áreas represadas pertenciam as guildas piscívora, onívora e detritívora antes do barramento do rio, que colonizaram estes ambientes, influenciadas, principalmente, pela abundancia dos recursos alimentares de suas preferencias e das condições físicas ambientais favoráveis. Interações competitivas foram evidenciadas pelos modelos nulos, sugerindo que a competição também foi um fator importante na estruturação das assembleias. Ecossistemicamente, os quatro modelos de fluxo de biomassa representam ecossistemas com elevada produção primaria oriunda da floresta riparia e algas filamentosas, que são utilizadas parcialmente. A cadeia trófica baseada em detrito apresentou ser mais importante que a que tem como base a produção primaria nas áreas Reservatório e Lacustre. A maioria dos fluxos ocorre nos compartimentos de níveis tróficos baixos. As propriedades ecossistêmicas da área Jusante indicam que este ambiente se encontra mais desenvolvido e maduro em relação aos outros, caracterizado por resiliência e entropia altas. As áreas represadas (Reservatório e Lacustre) apresentaram atributos ecossistêmicos que lhe conferiram características de menos resiliente e menos maduro que as áreas de rio. A área Montante apresentou um padrão intermediário de resiliência, estabilidade e maturidade. Esses resultados evidenciam que apos quarenta anos da construção da barragem do reservatório de Coaracy Nunes, a fragmentação do ambiente proporcionou alterações ecossistêmicas negativas, refletidas nas assembleias de peixes das áreas acima do barramento e na analise ecossistêmica, evidenciando que a área jusante apresenta características de ambiente em bom estado ecológico, com baixa alteração de origem antrópica e capaz de suportar distúrbios.

Application of the Artificial Intelligence Algorithms for System Analysis of Multi Dimension Physiological Data for Developing Polyparametric Information System of Public Health Diagnostics

The polyparametric intelligence information system for diagnostics human functional state in medicine and public health is developed. The essence of the system consists in polyparametric describing of human functional state with the unified set of physiological parameters and using the polyparametric cognitive model developed as the tool for a system analysis of multitude data and diagnostics of a human functional state. The model is developed on the basis of general principles geometry and symmetry by algorithms of artificial intelligence systems. The architecture of the system is represented. The model allows analyzing traditional signs - absolute values of electrophysiological parameters and new signs generated by the model – relationships of ones. The classification of physiological multidimensional data is made with a transformer of the model. The results are presented to a physician in a form of visual graph – a pattern individual functional state. This graph allows performing clinical syndrome analysis. A level of human functional state is defined in the case of the developed standard (“ideal”) functional state. The complete formalization of results makes it possible to accumulate physiological data and to analyze them by mathematics methods.

Integration of geometric consistency contributory factors in three-leg junctions collision prediction models of Portuguese two-lane national highways

This paper aims at developing a collision prediction model for three-leg junctions located in national roads (NR) in Northern Portugal. The focus is to identify factors that contribute for collision type crashes in those locations, mainly factors related to road geometric consistency, since literature is scarce on those, and to research the impact of three modeling methods: generalized estimating equations, random-effects negative binomial models and random-parameters negative binomial models, on the factors of those models. The database used included data published between 2008 and 2010 of 177 three-leg junctions. It was split in three groups of contributing factors which were tested sequentially for each of the adopted models: at first only traffic, then, traffic and the geometric characteristics of the junctions within their area of influence; and, lastly, factors which show the difference between the geometric characteristics of the segments boarding the junctionsâ area of influence and the segment included in that area were added. The choice of the best modeling technique was supported by the result of a cross validation made to ascertain the best model for the three sets of researched contributing factors. The models fitted with random-parameters negative binomial models had the best performance in the process. In the best models obtained for every modeling technique, the characteristics of the road environment, including proxy measures for the geometric consistency, along with traffic volume, contribute significantly to the number of collisions. Both the variables concerning junctions and the various national highway segments in their area of influence, as well as variations from those characteristics concerning roadway segments which border the already mentioned area of influence have proven their relevance and, therefore, there is a rightful need to incorporate the effect of geometric consistency in the three-leg junctions safety studies.

Reliable computation for geometric models

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

BET surface area of carbonaceous adsorbents: verification using geometric considerations and GCMC simulations on virtual porous carbon models

The applicability of BET model for calculation of surface area of activated carbons is checked by using molecular simulations. By calculation of geometric surface areas for the simple model carbon slit-like pore with the increasing width, and by comparison of the obtained values with those for the same systems from the VEGA ZZ package (adsorbate-accessible molecular surface), it is shown that the latter methods provide correct values. For the system where a monolayer inside a pore is created the ASA approach (GCMC, Ar, T = 87 K) underestimates the value of surface area for micropores (especially, where only one layer is observed and/or two layers of adsorbed Ar are formed). Therefore, we propose the modification of this method based on searching the relationship between the pore diameter and the number of layers in a pore. Finally BET; original andmodified ASA; and A, B and C-point surface areas are calculated for a series of virtual porous carbons using simulated Ar adsorption isotherms (GCMC and T = 87 K). The comparison of results shows that the BET method underestimates and not, as it was usually postulated, overestimates the surface areas of microporous carbons.

Modeling geometric rules in object based models:an XML / GML approach

Most object-based approaches to Geographical Information Systems (GIS) have concentrated on the representation of geometric properties of objects in terms of fixed geometry. In our road traffic marking application domain we have a requirement to represent the static locations of the road markings but also enforce the associated regulations, which are typically geometric in nature. For example a give way line of a pedestrian crossing in the UK must be within 1100-3000 mm of the edge of the crossing pattern. In previous studies of the application of spatial rules (often called 'business logic') in GIS emphasis has been placed on the representation of topological constraints and data integrity checks. There is very little GIS literature that describes models for geometric rules, although there are some examples in the Computer Aided Design (CAD) literature. This paper introduces some of the ideas from so called variational CAD models to the GIS application domain, and extends these using a Geography Markup Language (GML) based representation. In our application we have an additional requirement; the geometric rules are often changed and vary from country to country so should be represented in a flexible manner. In this paper we describe an elegant solution to the representation of geometric rules, such as requiring lines to be offset from other objects. The method uses a feature-property model embraced in GML 3.1 and extends the possible relationships in feature collections to permit the application of parameterized geometric constraints to sub features. We show the parametric rule model we have developed and discuss the advantage of using simple parametric expressions in the rule base. We discuss the possibilities and limitations of our approach and relate our data model to GML 3.1. © 2006 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Computer aided manufacturing of geometric models

As systems for computer-aided-design and production of mechanical parts have developed, there has arisen a need for techniques for the comprehensive description of the desired part, including its 3-D shape. The creation and manipulation of shapes is generally known as geometric modelling. It is desirable that links be established between geometric modellers and machining programs. Currently, unbounded APT and some bounded geometry systems are being widely used in manufacturing industry for machining operations such as: milling, drilling, boring and turning, applied mainly to engineering parts. APT systems, however, are presently only linked to wire-frame drafting systems. The combination of a geometric modeller and APT will provide a powerful manufacturing system for industry from the initial design right through part manufacture using NC machines. This thesis describes a recently developed interface (ROMAPT) between a bounded geometry modeller (ROMULUS) and an unbounded NC processor (APT). A new set of theoretical functions and practical algorithms for the computer aided manufacturing of 3D solid geometric model has been investigated. This work has led to the development of a sophisticated computer program, ROMAPT, which provides a new link between CAD (in form of a goemetric modeller ROMULUS) and CAM (in form of the APT NC system). ROMAPT has been used to machine some engineering prototypes successfully both in soft foam material and aluminium. It has been demonstrated above that the theory and algorithms developed by the author for the development of computer aided manufacturing of 3D solid modelling are both valid and applicable. ROMAPT allows the full potential of a solid geometric modeller (ROMULUS) to be further exploited for NC applications without requiring major investment in new NC processor. ROMAPT supports output in APT-AC, APT4 and the CAM-I SSRI NC languages.

Engineering Analysis in Imprecise Geometric Models

Engineering analysis in geometric models has been the main if not the only credible/reasonable tool used by engineers and scientists to resolve physical boundaries problems. New high speed computers have facilitated the accuracy and validation of the expected results. In practice, an engineering analysis is composed of two parts; the design of the model and the analysis of the geometry with the boundary conditions and constraints imposed on it. Numerical methods are used to resolve a large number of physical boundary problems independent of the model geometry. The time expended due to the computational process are related to the imposed boundary conditions and the well conformed geometry. Any geometric model that contains gaps or open lines is considered an imperfect geometry model and major commercial solver packages are incapable of handling such inputs. Others packages apply different kinds of methods to resolve this problems like patching or zippering; but the final resolved geometry may be different from the original geometry, and the changes may be unacceptable. The study proposed in this dissertation is based on a new technique to process models with geometrical imperfection without the necessity to repair or change the original geometry. An algorithm is presented that is able to analyze the imperfect geometric model with the imposed boundary conditions using a meshfree method and a distance field approximation to the boundaries. Experiments are proposed to analyze the convergence of the algorithm in imperfect models geometries and will be compared with the same models but with perfect geometries. Plotting results will be presented for further analysis and conclusions of the algorithm convergence