A waste collection case study

Mestrado Bolonha em Data Analytics for BusinessInnovative waste collection strategies have been established to replace conventional systems with dynamic systems that respond to the actual fill-level of waste containers. This work proposes a method for route design involved in the waste collection, focusing on minimizing the total distance travelled, for a case study of the Portuguese municipality of Caldas da Rainha. The process uses historical data of the filling percentage of each container to determine the number of weekly collections required per container to determine the number of weekly collections required per container and therefore create collection routes. More conventional approaches are based on a single average fill-up rate common to all containers, which may not represent the reality and therefore lead to inefficiencies. By analysing the available data, is concluded that all containers only require one weekly collection. A data clustering algorithm is then applied to aggregate container in groups corresponding to the same route, based on proximity. Then, routes are designed within each cluster. Finally, the selection of pairs of routes for the same day is done through a matching problem. Data limitations lie on the manual introduction of containers’ fill level and on most historical data being from the pandemic. The established methodology is applied to the glass waste collection and transportation system of Valorsul S.A. The present project aims at proposing a method for waste collection planning and explores critical considerations and future improvements based on the difficulties faced.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Modelling growth of Ruppia cirrhosa

The main objectives of this work were to synthesise information on the autoecology of Ruppia cirrhosa Petagna (Grande) in a mathematical model and to use the model to simulate its growth, production and harvest. Model parameters were allowed to vary as a result of acclimation, following experimental data reported in the literature. Biomass data from Santo André lagoon (SW Portugal) were used to calibrate the model. Validation was carried out with independent data sets from Santo André lagoon and from Tancada lagoon (NE Spain). Model simulations show a reasonable agreement with observed data with a similar biomass temporal dynamics and peaks. Self-shading appears to be an important self-regulating mechanism of biomass growth and production. The results obtained predict an annual net primary production of 361 gDWm−2well within the estimates based on harvesting techniques (295–589 gDWm−2). Model results suggest that controlled harvesting of macrophyte biomass may be carried out without affecting macrophyte real net production, through the reduction of light limitation under the plant canopy. © 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved

Reproductive and parental behaviour in the chameleon cichlid australoheros facetus

Cuidado parental é um comportamento reprodutivo altamente espalhado entre diversas espécies animais. O ato de prover os cuidados e as condições necessárias à sobrevivência dos descendentes até que estes se desenvolvam por completo representa uma “troca” entre os progenitores e as crias. Ao mesmo tempo que as crias beneficiam da proteção e cuidados dos pais, a sua sobrevivência assegura que os genes dos pais estejam presentes em gerações futuras. Contudo, esta “troca” tem pesadas consequências na maneira como os progenitores vivem e, por isso, não é uma característica universal e uniforme entre espécies. Em peixes, as estratégias reprodutivas diferem significativamente dependendo de cada espécie e podem ser categorizadas de acordo com a localização na qual os pais cuidam da prole ou com qual o sexo é que providencia o cuidado parental. Particularmente, os peixes ciclídeos são muito bem conhecidos por apresentarem um comportamento reprodutivo e parental bastante complexo, com diferentes estratégias de acasalamento e divisão de tarefas durante a parentalidade, fazendo deste um dos melhores grupos taxonómicos para o estudo de cuidado parental. O Australoheros facetus, espécie focal desta tese, é um ciclídeo neotropical nativo da América do Sul que, localmente, é conhecido por “chanchito”. Este peixe está descrito como altamente invasor e, presentemente, está estabelecido em várias drenagens do tipo mediterrânico no sul de Portugal, Espanha e Chile. O A. facetus é caracterizado como um reprodutor de substrato com cuidados biparentais, isto é, ambos os progenitores cuidam em conjunto da sua prole num ninho localizado no substrato. Apesar desta espécie não apresentar dimorfismo sexual evidente, em ciclídeos que apresentam comportamentos de cuidado biparental da prole, o macho é geralmente maior que a fêmea. No “chanchito”, durante a execução de comportamentos reprodutivos e parentais, as fêmeas apresentam uma coloração temporária mais escura do que os machos, permitindo a distinção de sexos. Mesmo que o principal mecanismo pelo qual esta espécie cuida da sua prole já estar relativamente bem descrito, informações sobre as táticas reprodutivas e a contribuição de cada sexo durante as fases parentais estão ainda em falta. Esta tese tem como principal objetivo caracterizar o comportamento reprodutivo e parental da espécie Australoheros facetus nos rios e ribeiras do sul de Portugal nas quais ele é invasor, fornecendo informações importantes para o controlo de populações atuais e a sua eventual dispersão. Todos os animais utilizados na realização do trabalho experimental foram capturados em sessões de pesca elétrica nos rios Foupana, Odelouca e Vascão e mantidos nas instalações experimentais do Centro de Ciências do Mar (CCMAR) da Universidade do Algarve, no Campus das Gambelas. O trabalho experimental foi dividido em quatro fases (fase de formação de casais, fase de ovos, fase de larvas recentemente eclodidas e fase de larvas com natação livre) nas quais os perfis comportamentais dos pares reprodutivos foram quantificados seguindo um etograma previamente estabelecido. Todo o trabalho de avaliação direta de comportamento foi suportado por gravações de vídeo. Na fase de formação de casais, a frequência de comportamentos sociais de cada um dos membros de cada casal foi avaliada e foi criado um índice de agressividade com a finalidade de conhecer qual dos progenitores apresentava um caráter mais agressivo nesta primeira fase reprodutiva. Para as restantes fases foi feita a análise das frequências de ocorrência e tempos de execução de comportamentos reprodutivos para cada um dos sexos e foi criado um índice de “bom pai” a partir do comportamento mais relevante em cada uma das fases. Este índice permitiu uma melhor perceção da influência e investimento de cada um dos sexos em todo o período reprodutivo. Por fim, de modo o clarificar os níveis de agressividade de cada sexo ao longo de todo o período reprodutivo foi feito um teste de introdução de um coespecífico em cada uma das fases estudadas e um índice de agressividade foi de novo calculado, englobando a frequência de ameaças e ataques em todas as fases. Os resultados obtidos com as frequências de ocorrência e tempos de execução revelaram que o comportamento reprodutivo do A. facetus se enquadra no comportamento parental típico de um ciclídeo neotropical com reprodução de substrato. O comportamento parental deste peixe revelou, de facto, ser biparental. Todo o cuidado parental prestado à prole durante a fase reprodutiva foi uma atividade cooperativa entre machos e fêmeas. Contudo, a execução de deveres parentais não foi igual para ambos os sexos. Machos e fêmeas apresentaram divisão de tarefas parentais ao longo das três fases reprodutivas estudadas, com as fêmeas mais investidas no cuidado direto dos ovos e larvas, e os machos com a proteção da prole e defesa do território. Relativamente aos índices de agressividade, os resultados demonstraram uma ligeira tendência para os machos apresentarem uma postura mais hostil enquanto defendem o seu território, porém sem diferenças significativas quando comparados com as fêmeas. Esta divisão de tarefas parentais entre os sexos já foi descrita em outros ciclídeos biparentais e pode ser explicada pela especialização na execução de certas tarefas parentais, isto é, pelas diferentes habilidades que ambos os sexos possuem para realizar algumas tarefas em particular. Adicionalmente, em termos evolutivos as fêmeas tendem em permanecer com os descendentes até à sua completa formação para compensar a ausência do macho no caso deste desertar ou escolher começar uma nova tentativa de acasalamento com outra parceira. Consequentemente, machos tendem a valorizar mais a defesa de um bom território de maneira a atrair mais fêmeas para múltiplas tentativas de acasalamento. No final do trabalho experimental e após análise comportamental, foi possível elaborar um etograma complementar com dois novos comportamentos reprodutivos descritos para esta espécie. Estes incluem a transferência de ovos e larvas por parte dos progenitores para diferentes locais do território por eles protegido (visto nas fases de ovos e larvas recentemente eclodidas) e a alimentação das larvas com pedaços de ração partidas pelos progenitores (detetada nas fases de larvas recentemente eclodidas e larvas com natação livre). Estudar a direção e influência do comportamento parental do “chanchito” no seu processo evolutivo como espécie invasora é um passo importante para compreender a evolução do cuidado parental desta espécie de modo a criar soluções eficazes para lidar com o seu caráter invasor que ameaça uma disseminação global.Parental care is a reproductive behaviour widely spread among animals. The reproductive strategy of providing better conditions for the survival of the young represents a costly trade-off between the parents and their offspring. In fish, these strategies can be significantly distinct. Cichlid fishes are well known for their complex reproductive and parental behaviour, with different mating strategies and division of tasks during parenting, making them one of the best taxonomic groups for parental care studies. The Australoheros facetus is a neotropical cichlid native to South America that is highly invasive in southern Portugal. As an American cichlid, it is known that A. facetus is a substrate spawner that displays biparental care, but there is still a lack of information about the reproductive tactics and the contribution of each sex during parental stages. This thesis aims to characterize the reproductive and parental behaviour of the species Australoheros facetus in southern Portuguese drainages, providing important information to control the current populations and their spreading. The experimental work was divided into four stages (pair formation, egg, newly hatched larvae, and free-swimming larvae) in which the behavioural profiles of the reproductive pairs were quantified following a previously established ethogram. The reproductive behaviour of A. facetus revealed to be typical of the substrate brooder neotropical cichlids. Males and females presented the expected behaviours, with females being more invested in the direct care of the eggs and larvae, while males were concerned with young protection and territory defence. This division of parental tasks between sexes has already been described in other biparental substrate-brooding cichlids and it is an important step in understanding the evolution of parental care in this species to create solutions to deal with its global spreading as an invasive species. Furthermore, two new reproductive behaviours were described for the first time for this species

Chemical and biological synthesis of an engineered affinity protein

Protein engineering is na area of major interest for novel biotechnolgoical and biopharmaceutical applications. Several protein scaffolds have been explored as alternatives to antibodies and other affinity reagents. This work focuses on the detailed study of a previously selected protein domain for binding an important affinity ligand. This domain was produced chemically and biologically. The successfully produced protein by chemical synthesis was characterized through Mass Spectrometry and Circular Dichroism. To show the binding affinity for the target, several tests were performed, including binding tests after immobilization in a solid-support, MicroScale Thermophoresis (MST) and Multiparametric Surface Plasmon Resonance (MP-SPR). The biological production of the protein was performed by bacterial expression (in E. coli) and then purified. The expression of this domain was attempted alone or as a fusion protein with GFP. In the latter, BL21 Rosetta cells strain were used as expression host and the protein was purified by mixed-mode chromatography with the A4C7 synthetic ligand and by gel-filtration

Ghost of diadromous fish past: streamlining research on diadromous fish species using historical data at european scale

Doutoramento em Restauro e Gestão Fluviais - Instituto Superior de Agronomia / Faculdade de Arquitetura / Instituto Superior TécnicoThe decline of diadromous fish species has been occurring at least since the beginning of the 20th century. In this thesis, multiple European databases on the historical distribution of diadromous fish were consulted and, acknowledging the lack of data for Portugal, the first database of Portuguese historical data for freshwater fish was created. The existence of multiple databases with distinct geographical coverage and data at different spatial scales lead to the development of an historical data framework able to deal with the limitations of historical data. Its output is a reliable and geographically broad dataset of diadromous species occurrence at the beginning of the 20th century at three spatial scales: basin, sub-basin and segment. Also, a software was developed to facilitate the acquisition of environmental and riverscape variables that can be linked with the data at the three scales. Longitudinal connectivity impairment, climate change and land use alterations are some of the most significant threats to diadromous fish species. The influence of these threats was studied performing a spatial and temporal analysis of the longitudinal connectivity impairment by large dams and, modelling the distribution of diadromous fish at the beginning of the 20th century using climate and land use variables. The longitudinal connectivity impairment of the European freshwater networks became widespread in the second half of the 20th century, and is currently more impactful for populations from basins in southern Europe. The distribution of diadromous fish species is mainly affected by climate, though the effects of land use close to river mouths may be relevant since these are critical passage and entry points for the remaining network. The framework and the software developed were key to achieve the scientific knowledge presented, and more importantly, these can be established as the structural basis for future research on diadromous fish speciesN/

Bio-inspired optimization algorithms for unit test generation

Tese de Mestrado, Engenharia Informática (Engenharia de Software), 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasNa sociedade atual nós estamos rodeados e usamos todo o tipo de aplicações de software. Problemas no software pode causar todo o tipo de consequências, desde pessoas não conseguirem jogar um jogo como era suposto a uma aeronave despenhar-se matando toda as pessoas a bordo. De modo a que se evite certas consequências, convém que esse software não tenha problemas e funcione como é suposto. Porém, o software é escrito por humanos pelo que está sujeito a ter erros. Para lidar com esta situação, testes de software são feitos, de modo a que se descubra e resolva os problemas no software. Testar software baseado em pesquisa é uma área de teste de software que se tem mostrado bastante bemsucedida na geração de conjuntos de teste unitários otimizados para cobertura de código. Esta abordagem usa algoritmos meta-heurísticos guiados por critérios de cobertura de código para gerar os testes. Neste estudo, foi utilizado um critério de cobertura múltiplo que é composto por oito critérios diferentes: a cobertura de linhas, cobertura de ramos, cobertura de métodos, cobertura de métodos de nível de topo sem exceção, cobertura de ramos direto, cobertura de output, mutação fraca e cobertura de exceções. No que diz respeito aos algoritmos meta-heurísticos, os algoritmos evolucionários são o estado da arte atual, tendo apresentado os melhores resultados em estudos anteriores, superando os algoritmos aleatórios. No entanto, serão os algoritmos evolucionários realmente os melhores algoritmos neste contexto? E quanto aos algoritmos de inteligência de grupo, poderão eles também apresentar bons resultados? Poderá o atual estado da arte ser substituído por um algoritmo de inteligência de grupo? Deste modo, para responder a estas e outras questões, decidimos explorar os algoritmos bio-inspirados, também conhecidos por algoritmos de inteligência de grupo. Estes algoritmos baseiam-se no comportamento de indivíduos que pertencem a grupos na natureza, tais como os enxames de abelhas. Os algoritmos bio-inspirados não são completamente novos na área de testar software. Estudos anteriores mostram que os algoritmos de inteligência de grupo são geralmente melhores que os algoritmos genéticos para testes de estrutura, que na geração de dados para testes o desempenho dos algoritmos depende do tipo de problema e que na geração automática de testes Artificial Bee Algorithm teve o melhor desempenho e o Bat Algorithm é o mais rápido a executar. Nós escolhemos implementar dez algoritmos de inteligência de grupo que possuem várias características diferentes, com diferentes graus de popularidade e que incluem algoritmos antigos e recentes. Os algoritmos escolhidos são: Genetic Bee Colony (GBC) Algorithm, Fish Swarm Algorithm (FSA), Cat Swarm Optimization (CSO), Whale Optimization Algorithm (WOA), Artificial Algae Algorithm (AAA), Elephant Herding Optimization (EHO), Chicken Swarm Optimization Algorithm (CSOA), Moth Flame Optimization (MFO) Algorithm, Grey Wolf Optimization (GWO) Algorithm and Particle Swarm Optimizer (PSO). Para representar os algoritmos evolucionários e servir de comparação contra os algoritmos de inteligência de grupo, escolhemos o Standard Genetic Algorithm (Standard GA), Many-Objective Sorting Algorithm (MOSA) e o Dynamic ManyObjective Sorting Algorithm (DynaMOSA). Este último é o estado da arte atual. Além destes algoritmos, foi implementado mais um algoritmo que é um híbrido (fusão de algoritmos de inteligência de grupo e evolucionários), o Elephant Dynamic Many-Objective Sorting Algorithm (Elephant-DynaMOSA). O EvoSuite foi a ferramenta de geração de testes escolhida para implementar o híbrido e os dez algoritmos de inteligência de grupo por já possuir diversas otimizações, os algoritmos evolucionários já estão implementados e a natureza modular da ferramenta permite facilmente adicionar novos algoritmos ao módulo dos algoritmos. O estudo empírico realizado consiste em duas experiências: a calibração dos parâmetros e a avaliação dos algoritmos. Na primeira experiência, escolhemos vários parâmetros e testámos vários valores destes para cada algoritmo. Foi selecionado um subconjunto de 34 classes e testou-se em 30 seeds diferentes durante 60 segundos para se obter os resultados de cada configuração. De seguida, aplicámos o método estatístico Vargha-Delaney de modo a encontrar a melhor configuração de cada algoritmo. A segunda experiência consistiu em correr a melhor configuração de cada algoritmo em 312 classes com 30 seeds durante 60 segundos. Depois, com o intuito de interpretar os resultados obtidos e conseguir ver qual o melhor algoritmo de inteligência de grupo, se os algoritmos de inteligência de grupo são melhores que os três algoritmos evolucionários e quão boa é a performance do algoritmo híbrido, foram usados os métodos estatísticos de Vargha-Delaney e teste de Friedman. Também se observou a relação entre diversos aspetos dos resultados: a cobertura e o número de gerações, cobertura e a pontuação de mutação, cobertura e diversidade e cobertura e tamanho dos testes. Os nossos resultados revelam que EHO foi o melhor algoritmo de inteligência de grupo e que também superou o Standard GA. Porém, tanto DynaMOSA e MOSA mostram-se superior ao EHO. Em relação ao Elephant-DynaMOSA, que é o híbrido do melhor algoritmo de inteligência de grupo e evolucionário, os resultados foram melhores que o EHO, visto que tem um desempenho semelhante ao MOSA. No final, DynaMOSA foi o algoritmo com maior cobertura média e com os melhores resultados estatísticos nos dois métodos usados. Posteriormente, decidimos discutir outras particularidades dos resultados e propusemos três hipóteses: o melhor algoritmo é superior em todas as classes, qualquer algoritmo consegue atingir pelo menos 50% de cobertura em todas as classes e o desempenho aumenta se o tempo de execução aumentar. A primeira hipótese provou-se falsa visto que houve seis algoritmos estatisticamente melhor que os outros em certas classes: Standard GA, MOSA, DynaMOSA, EHO, Elephant-DynaMOSA e FSA. Isto foi provado ao mostrar-se os valores médios de vários aspetos obtidos nas execuções (número de gerações e testes, tamanho dos testes e cobertura), os resultados do método estatístico Vargha-Delaney e o desempenho de cada algoritmo por critério de cobertura de código. A segunda hipótese também se provou falsa porque 17.5% das classes obtiveram menos de 50% de cobertura independentemente do algoritmo usado. Uma das principais razões é a limitação do EvoSuite como ferramenta de testes, por exemplo não conseguir gerar os inputs necessários para correr a classe. A última hipótese foi a única que se provou ser verdadeira. Para responder a esta hipótese, selecionados a melhor configuração por algoritmo e correu-se 312 classes em uma seed durante uma hora. A cobertura média de todos os algoritmos subiu cerca de 7% e 13 dos 14 algoritmos melhoraram a sua cobertura. Também observámos a evolução dos algoritmos durante a execução e apenas uma minoria dos algoritmos mostrou uma melhoria significativa no desempenho após 60 segundos. Por isso, concluiu-se que apesar da melhoria geral no desempenho, tal melhoria poderá não valer a pena devido ao aumento de recursos necessários com um maior orçamento de tempo. Com isto podemos concluir que apesar do DynaMOSA manter-se como o estado da arte, ele não é o melhor em todas as situações. E que os algoritmos de inteligência de grupo mostraram um certo grau de potencial, principalmente o algoritmo híbrido, Elephant-DynaMOSA. Por isso, nós sugerimos que para trabalho futuro se teste mais algoritmos de inteligência de grupo e algoritmos de múltiplos objetivos, com foco em algoritmos híbridos que combinem os melhores aspetos dos vários algoritmos. Outra iniciativa que pode ser realizada é analisar que algoritmos são melhores para cada critério de cobertura e criar um algoritmo múltiplo capaz de se adaptar e otimizar a procura tendo em conta os critérios de cobertura escolhidos.Search-based software testing is an area of software testing that has shown to be quite successful in generating unit test suites optimized for code coverage. This approach uses meta-heuristic algorithms guided by code coverage criteria (e.g., branch coverage) to generate the tests. When it comes to meta-heuristic algorithms, evolutionary algorithms are the current state-of-the-art, having presented the best results in previous studies. However, are evolutionary algorithms truly the best algorithms in this context? What about bio-inspired algorithms, can they also present good results? Will the current state-of-the-art be replaced with a bio-inspired algorithm? In order to answer these and other questions, we performed an empirical study where we evaluated ten bio-inspired algorithms, three evolutionary algorithms and one hybrid algorithm (a mix of bio-inspired and evolutionary algorithms) on a selection of non-trivial open-source classes. EvoSuite was the test generation tool chosen to implement the ten bio-inspired algorithms and the hybrid since it already has several optimizations and the evolutionary algorithms implemented. Our results show that the Elephant Herding Optimization has the best performance among the bio-inspired algorithms and has surpassed the Standard Genetic Algorithm. However, both the Many-Objective Sorting Algorithm (MOSA) and the Dynamic Many Objective Sorting Algorithm (DynaMOSA) showed superior efficiency compared to all ten bio-inspired algorithms. When it comes to the hybrid algorithm, Elephant Dynamic Many-Objective Sorting Algorithm (Elephant-DynaMOSA), it ended up with a similar performance to MOSA but still worse than the current state-of-the-art, DynaMOSA. We also discussed three hypotheses about the results obtained. Although DynaMOSA remains the state-of-the-art algorithm, it is not the best in all classes. Not only so, but the bio-inspired algorithms showed some potential, especially in the case of the hybrid, Elephant-DynaMOSA. Thus, we suggest future work on hybrid algorithms that fuse the best aspects of several algorithms

A Methodology to Estimate Real-world Vehicle Fuel Use and Emissions based on Certification Cycle Data

AbstractThis work presents a methodology to estimate vehicle fuel consumption and NOx mass emission rates using only public certification data from individual vehicles. Using on-road data collected from 14 vehicles it was possible to establish trends of fuel use and emissions according with the power demand, using the Vehicle Specific Power methodology, which were further applied to estimate modal fuel consumption and NOx emission rates on Diesel vehicles. Comparing with real-world operation, fuel consumption estimates presented average absolute deviations lower than 10%. Regarding NOx estimates, average absolute deviation is around 22%. With this method it is possible to evaluate an individual vehicle using public data without have to measure it on-road and establishing links between certification and real-world vehicle operation

Encapsulation of luminescent B(III), Pt(II) complexes and other emitters into functionalized polymeric micro and nanoparticles as potential biomedical imaging tools.

In this present work, three different classes of fluorescent dyes were characterized, photophysically at the nano scale or at the macro scale, and were further explored to be used as sensors and emissive materials. All nanoscale studies were achieved synthesizing several polymeric micro and nanoparticles doped with two different classes of complexes, boron(III) and platinum(II) and using several polymer matrixes. The first dopant system was based on boron difluoride complexes, varying their alkyl side chain while the chosen polymer matrixes were poly(methyl methacrylate) (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP) and polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS co-polymer). The polymer matrixes, as well as the alkyl side chain, were found to influence the emission and the size of the particles. The particles were considered stable during all thermal stability studies at least during a month, with low variation in the emission intensity, showing promising results as temperature-dependent emission materials. Additionally, a comparison was stablished regarding the macro scale that was reported in a previous work. Co-doped particles were synthesized to develop a system to entrap highly hydrophobic drugs that showed interesting results to be explored in dye&drug-delivery. The second dopant system based on platinum(II) complexes was developed exploring the self-assembly and the aggregation-induced emission enhancement properties of a pyridylpyrazolate Pt(II) metallomesogenic system. The synthesis was achieved by formation of oil-in-water droplets similarly to the previous system. Finally, several coumarin-based pyrazolines compounds were characterized as an attempt to design novel stimuli-responsive chromic materials exhibiting non-reversible thermo-, mechano-, solvato- and vapochromic behaviors due to the presence of intermolecular ··· interactions