Intentions: a confident-based interaction design for smart spaces

The paradigm of ubiquitous computing has become a reference for the design of Smart Spaces. Current trends in Ambient Intelligence are increasingly related to the scope of Internet of Things. This paradigm has the potential to support cost-effective solutions in the fields of telecare, e-health and Ambient Assisted Living. Nevertheless, ubiquitous computing does not provide end users with a role for proactive interactions with the environment. Thus, the deployment of smart health care services at a private space like the home is still unsolved. This PhD dissertation aims to define a person-environment interaction model to foster acceptability and users confidence in private spaces by applying the concept of user-centred security and the human performance model of seven stages of action.

On some sampling-related frames in U-invariant spaces

This paper concerns the characterization as frames of some sequences in U-invariant spaces of a separable Hilbert space H where U denotes an unitary operator defined on H ; besides, the dual frames having the same form are also found. This general setting includes, in particular, shift-invariant or modulation-invariant subspaces in L2 (R), where these frames are intimately related to the generalized sampling problem. We also deal with some related perturbation problems. In so doing, we need that the unitary operator U belongs to a continuous group of unitary operators.

NFC based remote control of services for interactive spaces

Ubiquitous computing (one person, many computers) is the third era in the history of computing. It follows the mainframe era (many people, one computer) and the PC era (one person, one computer). Ubiquitous computing empowers people to communicate with services by interacting with their surroundings. Most of these so called smart environments contain sensors sensing users��� actions and try to predict the users��� intentions and necessities based on sensor data. The main drawback of this approach is that the system might perform unexpected or unwanted actions, making the user feel out of control. In this master thesis we propose a different procedure based on Interactive Spaces: instead of predicting users��� intentions based on sensor data, the system reacts to users��� explicit predefined actions. To that end, we present REACHeS, a server platform which enables communication among services, resources and users located in the same environment. With REACHeS, a user controls services and resources by interacting with everyday life objects and using a mobile phone as a mediator between himself/herself, the system and the environment. REACHeS��� interfaces with a user are built upon NFC (Near Field Communication) technology. NFC tags are attached to objects in the environment. A tag stores commands that are sent to services when a user touches the tag with his/her NFC enabled device. The prototypes and usability tests presented in this thesis show the great potential of NFC to build such user interfaces.

Urban voids, spaces of great expectations

Study and progress of urban voids. opportunities for new urban design.

Identification of pore spaces in 3D CT soil images using a PFCM partitional clustering

Recent advances in non-destructive imaging techniques, such as X-ray computed tomography (CT), make it possible to analyse pore space features from the direct visualisation from soil structures. A quantitative characterisation of the three-dimensional solid-pore architecture is important to understand soil mechanics, as they relate to the control of biological, chemical, and physical processes across scales. This analysis technique therefore offers an opportunity to better interpret soil strata, as new and relevant information can be obtained. In this work, we propose an approach to automatically identify the pore structure of a set of 200-2D images that represent slices of an original 3D CT image of a soil sample, which can be accomplished through non-linear enhancement of the pixel grey levels and an image segmentation based on a PFCM (Possibilistic Fuzzy C-Means) algorithm. Once the solids and pore spaces have been identified, the set of 200-2D images is then used to reconstruct an approximation of the soil sample by projecting only the pore spaces. This reconstruction shows the structure of the soil and its pores, which become more bounded, less bounded, or unbounded with changes in depth. If the soil sample image quality is sufficiently favourable in terms of contrast, noise and sharpness, the pore identification is less complicated, and the PFCM clustering algorithm can be used without additional processing; otherwise, images require pre-processing before using this algorithm. Promising results were obtained with four soil samples, the first of which was used to show the algorithm validity and the additional three were used to demonstrate the robustness of our proposal. The methodology we present here can better detect the solid soil and pore spaces on CT images, enabling the generation of better 2D?3D representations of pore structures from segmented 2D images.

Challenges for future of Natural Spaces of Canary Islands, Spain

The preservation of biodiversity is a fundamental objective of a ll policies related to a more sustainable development in any modern society. The rain forest and pine forests are two unique Canarian ecosystems with high importance to global biodiversity, holding a large number of endemic species and subspecies that is a priority to preserve. In this work the challenges that will face the natural areas of the Canary Islands are studied, as well as their fundamental value for economic and environmental development of the islands.

Un nuevo equipamiento territorial : los parques comerciales : criterios y par��metros de dise��o : an��lisis de la experiencia espa��ola

La revoluci��n industrial, en todas sus etapas, supuso un cambio que afect�� de lleno a la actividad comercial en la ciudad, produci��ndose paulatinamente, una separaci��n radical entre los lugares de producci��n de bienes manufacturados y los de intercambio. Estos ��ltimos, van especializ��ndose, desde las primeras agrupaciones de comercios en peque��os mercados, hasta una de las formas m��s evolucionadas de superficie comercial en la actualidad, los Parques Comerciales. En base a que actualmente, no hay estudios concluyentes sobre la manera de abordar estos nuevos espacios, se ha considerado el estudio de 17 Parques Comerciales representativos espa��oles, de este se han obtenido datos seg��n su planeamiento, de los cuales se ha postulado una divisi��n de los Parques Comerciales en los que tienen ordenaci��n exclusiva y los que se han desarrollado sin ordenaci��n exclusiva, de la misma manera, se han dividido cada uno de ellos en los que se considera parcela de aparcamiento y en los que la parcela de aparcamiento est�� incluida en la parcela a edificar, de este manera se han obtenido unos par��metros de dimensionamiento representativos para cada uno de los casos considerados, que van a servir de orientaci��n para el responsable de futuros planeamientos, tales como usos, par��metros de ordenaci��n, distribuci��n urban��stica, aparcamientos, etc. Tambi��n se realiza una clasificaci��n de los Parques Comerciales en funci��n de las dimensiones de las "medianas comerciales" que los corforman. La Tesis postula una nueva definici��n de Parque Comercial m��s completa y adaptada a la importancia de este formato comercial, as�� como unas recomendaciones para su dise��o y desarrollo en base a los par��metros urban��sticos obtenidos. Se desarrolla en la Tesis el horizonte previsible de los Parques Comerciales y las posibles nuevas l��enas de investigaci��n. The industrial revolution, in all its stages, marked a change that would have a major impact on commercial activity in cities, gradually producing a radical separation between the production sites of manufacturated goods and those of trading goods. The latter are becoming increasingly specialized, from the first trade associations in small markets, up to what is now one of the most highly evolved forms of retail spaces, the Commercial Parks. On the grounds that there are currently no conclusive studies on the manner in which to address these new spaces, a study of 17 prominent Spanish Commercial Parks has been considered, from which data has been obtained based on the way in which they were planned. It has been proposed that these Commercial Parks be divided into those that have been developed without exclusive planning. Likewise, each of these has been divided into those considered as parking lots and those in which the parking area is included in the building plot. In this manner, representative sizing parameters have been obtained for each of the cases considered, which will act as guidelines for the person in charge of future proposals, such as uses, development parameters, town planning, parking, etc. The Commercial Parks have also been classified according to the sizes of the "mid-sized stores" that comprise them. The Thesis proposes a new definition of the Commercial Park, which is more comprehensive and better adapted to the importance of this commercial format, as well as recommendations for design and development based on the urban planning parameters obtained. The Thesis explores the foresseable horizon of Commercial Parks and potential new lines of research.

Efecto de las cubiertas ajardinadas sobre el microclima urbano de verano

El cambio clim��tico y sus efectos requieren con urgencia el desarrollo de estrategias capaces no solo de mitigar pero tambi��n permitir la adaptaci��n de los sistemas afectados por este fen��meno a los cambios que est��n provocando a nivel mundial. Olas de calor m��s largas y frecuentes, inundaciones, y graves sequ��as aumentan la vulnerabilidad de la poblaci��n, especialmente en asentamientos urbanos. Este fen��meno y sus soluciones potenciales han sido ampliamente estudiados en las ��ltimas d��cadas desde diferentes perspectivas y escalas que analizan desde el fen��meno regional de isla de calor al aumento de la intensidad energ��tica necesaria en los edificios para mantener las condiciones de confort en los escenarios de calentamiento que se predicen. Su comprensi��n requiere el entendimiento de este fen��meno y un profundo an��lisis de las estrategias que pueden corregirlo y adaptarse a ��l. En la b��squeda de soluciones a este problema, las estrategias que incorporan sistemas naturales tales como las cubiertas ajardinadas, las fachadas vegetadas y bosques urbanos, se presentan como opciones de dise��o capaces de proporcionan m��ltiples servicios al ecosistema urbano y de regular y hacer frente a los efectos del cambio clim��tico. Entre los servicios que aportan estos sistemas naturales se incluyen la gesti��n de agua de tormentas, el control del efecto isla de calor, la mejora de la calidad del aire y del agua, el aumento de la diversidad, y como consecuencia de todo lo anterior, la reducci��n de la huella ecol��gica de las ciudades. En la ��ltima d��cada, se han desarrollado m��ltiples estudios para evaluar y cuantificar los servicios al ecosistema proporcionados por las infraestructuras verdes, y espec��ficamente las cubiertas ajardinadas, sin embargo, determinados servicios como la capacidad de la regulaci��n del microclima urbano no ha sido apenas estudiados. La mayor parte de la literatura en este campo la componen estudios relacionados con la capacidad de las cubiertas ajardinadas de reducir el efecto de la isla de calor, en una escala local, o acerca de la reducci��n de la demanda energ��tica de refrigeraci��n debida a la instalaci��n de cubiertas ajardinadas en la escala de edificio. La escala intermedia entre estos dos ��mbitos, la calle, desde su ��mbito habitable cercano al suelo hasta el l��mite superior del ca����n urbano que configura, no han sido objeto detallado de estudio por lo que es esta escala el objeto de esta tesis doctoral. Esta investigaci��n tiene como objeto contribuir en este campo y aportar un mayor entendimiento a trav��s de la cuantificaci��n del impacto de las cubiertas ajardinadas sobre la temperatura y humedad en el ca����n urbano en la escala de calle y con un especial foco en el nivel peatonal. El primer paso de esta investigaci��n ha sido la definici��n del objeto de estudio a trav��s del an��lisis y revisi��n de trabajos tanto te��ricos como emp��ricos que investigan los efectos de cubiertas ajardinadas en el entorno construido, entendidas como una herramienta para la adaptaci��n y mitigaci��n del impacto del cambio clim��tico en las ciudades. La literatura analizada, revela el gran potencial de los sistemas vegetales como herramientas para el dise��o pasivo puesto que no solo son capaces de mejorar las condiciones clim��ticas y microclimaticas en las ciudades reduciendo su demanda energ��tica, sino tambi��n la necesidad de mayor an��lisis en la escala de calle donde confluyen el clima, las superficies urbanas y materiales y vegetaci��n. Este an��lisis requiere una metodolog��a donde se integren la respuesta t��rmica de edificios, las variaciones en los patrones de viento y radiaci��n, y la interacci��n con la vegetaci��n, por lo que un an��lisis cuantitativo puede ayudar a definir las estrategias m��s efectivas para lograr espacios urbanos m��s habitables. En este contexto, el objetivo principal de esta investigaci��n ha sido la evaluaci��n cuantitativa del impacto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano a escala de barrio en condiciones de verano en los climas mediterr��neos continentales. Para el logro de este objetivo, se ha seguido un proceso que persigue identificar los modelos y herramientas de c��lculo capaces de capturar el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima, identificar los par��metros que potencian o limitan este efecto, y cuantificar las variaciones que microclima creado en el ca����n urbano produce en el consumo de energ��a de los edificios que rodean ��ste espacio. La hip��tesis principal detr��s de esta investigaci��n y donde los objetivos anteriores se basan es el siguiente: "una cubierta ajardinada instalada en edificios de mediana altura favorece el establecimiento de microclimas a nivel peatonal y reduce las temperaturas en el entorno urbano donde se encuentra���. Con el fin de verificar la hip��tesis anterior y alcanzar los objetivos propuestos se ha seguido la siguiente metodolog��a: ��� definici��n del alcance y limitaciones del an��lisis ��� Selecci��n de las herramientas y modelos de an��lisis ��� an��lisis te��rico de los par��metros que afectan el efecto de las cubiertas ajardinadas ��� an��lisis experimental; ��� modelizaci��n energ��tica ��� conclusiones y futuras l��neas de trabajo Dada la complejidad de los fen��menos que intervienen en la generaci��n de unas determinadas condiciones microclim��ticas, se ha limitado el objeto de este estudio a las variables de temperatura y humedad, y s��lo se han tenido en cuenta los componentes bi��ticos y abi��ticos del sistema, que incluyen la morfolog��a, caracter��sticas superficiales del entorno estudiado, as�� como los elementos vegetales. Los componentes antr��picos no se han incluido en este an��lisis. La b��squeda de herramientas adecuadas para cumplir con los objetivos de este an��lisis ha concluido en la selecci��n de ENVI-met v4 como el software m��s adecuado para esta investigaci��n por su capacidad para representar los complejos fen��menos que caracterizan el microclima en ca��ones urbanos, en una escala temporal diaria y con unas escala local de vecindario. Esta herramienta supera el desaf��o que plantean los requisitos inform��ticos de un c��lculo completo basado en elementos finitos realizados a trav��s de herramientas de din��mica de fluidos computacional (CFD) que requieren una capacidad de c��lculo computacional y tiempo privativos y en una escala dimensional y temporal limitada a esta capacidad computacional lo que no responde a los objetivos de esta investigaci��n. ENVI-met 4 se basa es un modelo tridimensional del micro clima dise��ado para simular las interacciones superficie-planta-aire en entornos urbanos. Basado en las ecuaciones fundamentales del equilibrio que representan, la conservaci��n de masa, energ��a y momento. ENVI-met es un software predictivo, y como primer paso ha requerido la definici��n de las condiciones iniciales de contorno que se utilizan como punto de partida por el software para generar su propio perfil de temperatura y humedad diaria basada en la localizaci��n de la construcci��n, geometr��a, vegetaci��n y las superficies de caracter��sticas f��sicas del entorno. La geometr��a de base utilizada para este primer an��lisis se ha basado en una estructura t��pica en cuanto al trazado urbano situada en Madrid que se ha simulado con una cubierta tradicional y una cubierta ajardinada en sus edificios. La estructura urbana seleccionada para este an��lisis comparativo es una red ortogonal con las calles principales orientadas este-oeste. El edificio t��pico que compone el vecindario se ha definido como ���business as usual��� (BAU) y se ha definido con una cubierta de baldosa de hormig��n est��ndar, con un albedo 0.3, paredes con albedo 0.2 (construcci��n de muro de ladrillo t��pico) y cerramientos adiab��ticos para evitar las posibles interferencias causadas por el intercambio t��rmico con el ambiente interior del edificio en los resultados del an��lisis. Para el caso de la cubierta ajardinada, se mantiene la misma geometr��a y caracter��sticas del edificio con excepci��n de la cobertura superficial de la azotea. Las baldosas de hormig��n se han modificado con una cubierta ajardinada extensiva cubierta con plantas xer��filas, t��picas en el clima de Madrid y caracterizado por su ��ndice de densidad foliar, el ���leaf area density��� (LAD), que es la superficie total de superficie de hojas por unidad de volumen (m2/m3). El an��lisis se centra en los ca��ones urbanos entendidos como el espacio de calle comprendido entre los l��mites geom��tricos de la calle, verticales y horizontales, y el nivel superior de la cota urbana nivel de cubiertas. Los escenarios analizados se basan en la variaci��n de la los principales par��metros que seg��n la literatura analizada condicionan las variaciones microclim��ticas en el ��mbito urbano afectado por la vegetaci��n, la velocidad del viento y el LAD de la azotea. Los resultados han sido registrados bajo condiciones de exposici��n solar diferentes. Las simulaciones fueron realizadas por los patrones de viento t��pico de verano, que para Madrid se caracterizan por vientos de componente suroeste que van desde 3 a 0 m/s. las simulaciones fueron realizadas para unas condiciones clim��ticas de referencia de 3, 2, 1 y 0 m/s a nivel superior del ca����n urbano, como condici��n de contorno para el an��lisis. Los resultados calculados a 1,4 metros por encima del nivel del suelo, en el espacio habitado, mostraron que el efecto de la cubierta ajardinada era menor en condiciones de contorno con velocidades de viento m��s altas aunque en ning��n caso el efecto de la cubierta verde sobre la temperatura del aire super�� reducciones de temperatura de aire superiores a 1 �� C. La humedad relativa no present�� variaciones significativas al comparar los diferentes escenarios. Las simulaciones realizadas para vientos con velocidad baja, entre 0 y 1 m/s mostraron que por debajo de 0.5 m/s la turbulencia del modelo aument�� dr��sticamente y se convirti�� en el modelo inestable e incapaz de producir resultados fiables. Esto es debido al modelo de turbulencia en el software que no es v��lido para velocidades de viento bajas, lo que limita la capacidad de ENVI-met 4 para realizar simulaciones en estas condiciones de viento y es una de las principales conclusiones de este an��lisis en cuanto a la herramienta de simulaci��n. Tambi��n se comprob�� el efecto de las densidades de la densidad de hoja (LAD) de los componentes vegetales en el modelo en la capa de aire inmediatamente superior a la cubierta, a 0,5 m sobre este nivel. Se compararon tres alternativas de densidad de hoja con la cubierta de baldosa de hormig��n: el techo verde con LAD 0.3 (hierba t��pica o sedum), LAD 1.5 (plantas mixtas t��picas) y LAD 2.5 (masa del ��rbol). Los resultados mostraron diferencias de temperatura muy relevante entre las diferentes alternativas de LAD analizadas. Los resultados muestran variaciones de temperatura que oscilan entre 3 y 5 �� C al comparar el est��ndar de la azotea concreta con albedo 0, 3 con el techo con vegetaci��n y vegetaci��n densa, mostrando la importancia del LAD en la cuantificaci��n de los efectos de las cubiertas vegetales en microclima circundante, lo que coincide con los datos reportados en la literatura existente y con los estudios emp��ricos analizados. Los resultados de los an��lisis te��ricos han llegado a las siguientes conclusiones iniciales relacionadas con la herramienta de simulaci��n y los resultados del modelo: En relaci��n con la herramienta ENVI-met, se han observado limitaciones para el an��lisis. En primer lugar, la estructura r��gida de la geometr��a, las bases de datos y el tama��o de la cuadr��cula, limitan la escala y resoluci��n de los an��lisis no permitiendo el desarrollo de grandes zonas urbanas. Por otro lado la estructura de ENVI-met permite el desarrollo de este tipo de simulaci��n tan complejo dentro de tiempos razonables de c��lculo y requerimientos computacionales convencionales. Otra limitaci��n es el modelo de turbulencia del software, que no modela correctamente velocidades de viento bajas (entre 0 y 1 m/s), por debajo de 0,5 m/s el modelo da errores y no es estable, los resultados a estas velocidades no son fiables porque las turbulencias generadas por el modelo hacen imposible la extracci��n de patrones claros de viento y temperatura que permitan la comparaci��n entre los escenarios de cubierta de hormig��n y ajardinada. Adem��s de las limitaciones anteriores, las bases de datos y par��metros de entrada en la versi��n p��blica del software est��n limitados y la complejidad de generar nuevos sistemas adapt��ndolos al edificio o modelo urbano que se quiera reproducir no es factible salvo en la versi��n profesional del software. Aparte de las limitaciones anteriores, los patrones de viento y perfiles de temperatura generados por ENVI-met concuerdan con an��lisis previos en los que se identificaban patrones de variaci��n de viento y temperaturas en ca��ones urbanos con patrones de viento, relaci��n de aspecto y dimensiones similares a los analizados en esta investigaci��n. Por lo tanto, el software ha demostrado una buena capacidad para reproducir los patrones de viento en los ca��ones de la calle y capturar el efecto de enfriamiento producido por la cubierta verde en el ca����n. En relaci��n con el modelo, el resultado revela la influencia del viento, la radiaci��n y el LAD en la temperatura del aire en ca��ones urbanos con relaci��n de aspecto comprendida entre 0,5 y 1. Siendo el efecto de la cubierta verde m��s notable en ca��ones urbanos sombreados con relaci��n de aspecto 1 y velocidades de viento en el nivel de ���canopy��� (por encima de la cubierta) de 1 m/s. En ning��n caso las reducciones en la temperatura del aire excedieron 1 �� C, y las variaciones en la humedad relativa no excedieron 1% entre los escenarios estudiados. Una vez que se han identificado los par��metros relevantes, que fueron principalmente la velocidad del viento y el LAD, se realiz�� un an��lisis experimental para comprobar los resultados obtenidos por el modelo. Para ��ste prop��sito se identific�� una cubierta ajardinada de grandes dimensiones capaz de representar la escala urbana que es el objeto del estudio. El edificio usado para este fin fue el parking de la terminal 4 del aeropuerto internacional de Madrid. Aunque esto no es un ��rea urbana est��ndar, la escala y la configuraci��n del espacio alrededor del edificio fueron considerados aceptables para el an��lisis por su similitud con el contexto urbano objeto de estudio. El edificio tiene 800 x 200 m, y una altura 15 m. Est�� rodeado de v��as de acceso pavimentadas con aceras conformando un ca����n urbano limitado por el edificio del parking, la calle y el edificio de la terminal T4. El aparcamiento est�� cerrado con fachadas que configuran un espacio urbano de tipo ca����n, con una relaci��n de aspecto menor que 0,5. Esta geometr��a presenta patrones de viento y velocidad dentro del ca����n que difieren ligeramente de los generados en el estudio te��rico y se acercan m��s a los valores a nivel de canopo sobre la cubierta del edificio, pero que no han afectado a la tendencia general de los resultados obtenidos. El edificio cuenta con la cubierta ajardinada m��s grande en Europa, 12 Ha cubiertas por con una mezcla de hierbas y sedum y con un valor estimado de LAD de 1,5. Los edificios est��n rodeados por ��reas plantadas en las aceras y ��rboles de sombra en las fachadas del edificio principal. El efecto de la cubierta ajardinada se evalu�� mediante el control de temperaturas y humedad relativa en el ca����n en un d��a t��pico de verano. La selecci��n del d��a se hizo teniendo en cuenta las predicciones meteorol��gicas para que fuesen lo m��s semejantes a las condiciones ��ptimas para capturar el efecto de la cubierta vegetal sobre el microclima urbano identificadas en el modelo te��rico. El 09 de julio de 2014 fue seleccionado para la campa��a de medici��n porque las predicciones mostraban 1 m/s velocidad del viento y cielos despejados, condiciones muy similares a las condiciones clim��ticas bajo las que el efecto de la cubierta ajardinada era m��s notorio en el modelo te��rico. Las mediciones se registraron cada hora entre las 9:00 y las 19:00 en 09 de julio de 2014. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron en 5 niveles diferentes, a 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 y 16 m por encima del suelo y a 0,5 m de distancia de la fachada del edificio. Las mediciones fueron tomadas en tres escenarios diferentes, con exposici��n soleada, exposici��n la sombra y exposici��n influenciada por los ��rboles cercanos y suelo h��medo. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron con un equipo TESTO 410-2 con una resoluci��n de 0,1 ��C para temperatura, 0,1 m/s en la velocidad del viento y el 0,1% de humedad relativa. Se registraron las temperaturas de la superficie de los edificios circundantes para evaluar su efecto sobre los registros usando una c��mara infrarroja FLIR E4, con resoluci��n de temperatura 0,15��C. Distancia m��nima a la superficie de 0,5 m y rango de las mediciones de T�� de - 20 �� C y 250 �� C. Los perfiles de temperatura extra��dos de la medici��n in situ mostraron la influencia de la exposici��n solar en las variaciones de temperatura a lo largo del d��a, as�� como la influencia del calor irradiado por las superficies que hab��an sido expuestas a la radiaci��n solar as�� como la influencia de las ��reas de jard��n alrededor del edificio. Despu��s de que las medidas fueran tomadas, se llevaron a cabo las siguientes simulaciones para evaluar el impacto de la cubierta ajardinada en el microclima: a. est��ndar de la azotea: edificio T4 asumiendo un techo de tejas de hormig��n con albedo 0.3. b. b. cubierta vegetal : T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con valor bajo del LAD (0.5)-techo de sedum simple. c. c. cubierta vegetal: T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con alta joven valor 1.5-mezcla de plantas d. d. cubierta ajardinada m��s vegetaci��n nivel calle: el edificio T4 con LAD 1.5, incluyendo los ��rboles existentes a nivel de calle. Este escenario representa las condiciones actuales del edificio medido. El viento de referencia a nivel de cubierta se fij�� en 1 m/s, coincidente con el registro de velocidad de viento en ese nivel durante la campa��a de medici��n. Esta velocidad del viento se mantuvo constante durante toda la campa��a. Bajo las condiciones anteriores, los resultados de los modelos muestran un efecto moderado de azoteas verdes en el microclima circundante que van desde 1 �� a 2 �� C, pero una contribuci��n mayor cuando se combina con vegetaci��n a nivel peatonal. En este caso las reducciones de temperatura alcanzan hasta 4 ��C. La humedad relativa sin embargo, no presenta apenas variaci��n entre los escenarios con y sin cubierta ajardinada. Las temperaturas medidas in situ se compararon con resultados del modelo, mostrando una gran similitud en los perfiles definidos en ambos casos. Esto demuestra la buena capacidad de ENVI-met para reproducir el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima y por tanto para el fin de esta investigaci��n. Las diferencias m��s grandes se registraron en las ��reas cercanas a las zonas superiores de las fachadas que estaban m��s expuestas a la radiaci��n del sol y tambi��n el nivel del suelo, por la influencia de los pavimentos. Estas diferencias se pudieron causar por las caracter��sticas de los cerramientos en el modelo que estaban limitados por los datos disponibles en la base de datos de software, y que se diferencian con los del edificio real. Una observaci��n importante derivada de este estudio es la contribuci��n del suelo h��medo en el efecto de la cubierta ajardinada en la temperatura del aire. En el escenario de la cubierta ajardinada con los arboles existentes a pie de calle, el efecto del suelo h��medo contribuye a aumentar las reducciones de temperatura hasta 4.5��C, potenciando el efecto combinado de la cubierta ajardinada y la vegetaci��n a pie de calle. Se realiz�� un an��lisis final despu��s de extraer el perfil horario de temperaturas en el ca����n urbano influenciado por el efecto de las cubiertas ajardinadas y los ��rboles. Con esos perfiles modificados de temperatura y humedad se desarroll�� un modelo energ��tico en el edificio asumiendo un edificio cerrado y climatizado, con uso de oficinas, una temperatura de consigna de acuerdo al RITE de 26 ��C, y con los sistemas por defecto que establece el software para el c��lculo de la demanda energ��tica y que responden a ASHRAE 90.1. El software seleccionado para la simulaci��n fue Design Builder, por su capacidad para generar simulaciones horarias y por ser una de las herramientas de simulaci��n energ��tica m��s reconocidas en el mercado. Los perfiles modificados de temperatura y humedad se insertaron en el a��o clim��tico tipo y se condujo la simulaci��n horaria para el d��a definido, el 9 de Julio. Para la simulaci��n se dejaron por defecto los valores de conductancia t��rmica de los cerramientos y la eficiencia de los equipos de acuerdo a los valores que fija el est��ndar ASHRAE para la zona clim��tica de Madrid, que es la 4. El resultado mostraba reducciones en el consumo de un d��a pico de hasta un 14% de reducci��n en las horas punta. La principal conclusi��n de ��ste estudio es la confirmaci��n del potencial de las cubiertas ajardinadas como una estrategia para reducir la temperatura del aire y consumo de energ��a en los edificios, aunque este efecto puede ser limitado por la influencia de los vientos, la radiaci��n y la especie seleccionada para el ajardinamiento, en especial de su LAD. As�� mismo, en combinaci��n con los bosques urbanos su efecto se potencia e incluso m��s si hay pavimentos h��medos o suelos porosos incluidos en la morfolog��a del ca����n urbano, convirti��ndose en una estrategia potencial para adaptar los ecosistemas urbanos el efecto aumento de temperatura derivado del cambio clim��tico. En cuanto a la herramienta, ENVI-met se considera una buena opci��n para ��ste tipo de an��lisis dada su capacidad para reproducir de un modo muy cercano a la realidad el efecto de las cubiertas. Aparte de ser una herramienta validada en estudios anteriores, en el caso experimental se ha comprobado por medio de la comparaci��n de las mediciones con los resultados del modelo. A su vez, los resultados y patrones de vientos generados en los ca��ones urbanos coinciden con otros estudios similares, concluyendo por tanto que es un software adecuado para el objeto de esta tesis doctoral. Como l��neas de investigaci��n futura, ser��a necesario entender el efecto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano en diferentes zonas clim��ticas, as�� como un mayor estudio de otras variables que no se han observado en este an��lisis, como la temperatura media radiante y los indicadores de confort. As�� mismo, la evaluaci��n de otros par��metros que afectan el microclima urbano tales como variables geom��tricas y propiedades superficiales deber��a ser analizada en profundidad para tener un resultado que cubra todas las variables que afectan el microclima en el ca����n urbano. ABSTRACT Climate Change is posing an urgency in the development of strategies able not only to mitigate but also adapt to the effects that this global problem is evidencing around the world. Heat waves, flooding and severe draughts increase the vulnerability of population, and this is especially critical in urban settlements. This has been extensively studied over the past decades, addressed from different perspectives and ranging from the regional heat island analysis to the building scale. Its understanding requires physical and dimensional analysis of this broad phenomenon and a deep analysis of the factors and the strategies which can offset it. In the search of solutions to this problem, green infrastructure elements such as green roofs, walls and urban forests arise as strategies able provide multiple regulating ecosystem services to the urban environment able to cope with climate change effects. This includes storm water management, heat island effect control, and improvement of air and water quality. Over the last decade, multiple studies have been developed to evaluate and quantify the ecosystem services provided by green roofs, however, specific regulating services addressing urban microclimate and their impact on the urban dwellers have not been widely quantified. This research tries to contribute to fill this gap and analyzes the effects of green roofs and urban forests on urban microclimate at pedestrian level, quantifying its potential for regulating ambient temperature in hot season in Mediterranean ���continental climates. The study is divided into a sequence of analysis where the critical factors affecting the performance of the green roof system on the microclimate are identified and the effects of the green roof is tested in a real case study. The first step has been the definition of the object of study, through the analysis and review of theoretical and empirical papers that investigate the effects of covers landscaped in the built environment, in the context of its use as a tool for adaptation and mitigation of the impact of climate change on cities and urban development. This literature review, reveals the great potential of the plant systems as a tool for passive design capable of improving the climatic and microclimatic conditions in the cities, as well as its positive impact on the energy performance of buildings, but also the need for further analysis at the street scale where climate, urban surfaces and materials, and vegetation converge. This analysis requires a methodology where the thermal buildings response, the variations in the patterns of wind and the interaction of the vegetation are integrated, so a quantitative analysis can help to define the most effective strategies to achieve liveable urban spaces and collaterally, , the improvement of the surrounding buildings energy performance. In this specific scale research is needed and should be customized to every climate, urban condition and nature based strategy. In this context, the main objective for this research was the quantitative assessment of the Green roof impact on the urban microclimate at a neighbourhood scale in summer conditions in Mediterranean- continental climates. For the achievement of this main objective, the following secondary objectives have been set: ��� Identify the numerical models and calculation tools able to capture the effect of the roof garden on the microclimate. ��� Identify the enhancing or limiting parameter affecting this effect. ��� Quantification of the impact of the microclimate created on the energy consumption of buildings surrounding the street canyon analysed. The main hypothesis behind this research and where the above objectives are funded on is as follows: "An extensive roof installed in medium height buildings favours the establishment of microclimates at the pedestrian level and reduces the temperatures in the urban environment where they are located." For the purpose of verifying the above hypothesis and achieving the proposed objectives the following methodology has been followed: - Definition of hypothesis and objectives - Definition of the scope and limitations - Theoretical analysis of parameters affecting gren roof performance - Experimental analysis; - Energy modelling analyisis - Conclusions and future lines of work The search for suitable tools and models for meeting the objectives of this analysis has led to ENVI-met v4 as the most suitable software for this research. ENVI met is a three-dimensional micro-climate model designed to simulate the surface-plant-air interactions in urban environments. Based in the fundamental equations representing, mass, energy and momentum conservation, the software has the capacity of representing the complex phenomena characterizing the microclimate in urban canyons, overcoming the challenge posed by the computing requirements of a full calculus based on finite elements done via traditional computational fluid dynamics tools. Once the analysis tool has been defined, a first set of analysis has been developed to identify the main parameters affecting the green roof influence on the microclimate. In this analysis, two different scenarios are compared. A neighborhood with standard concrete tile roof and the same configuration substituting the concrete tile by an extensive green roof. Once the scenarios have been modeled, different iterations have been run to identify the influence of different wind patterns, solar exposure and roof vegetation type on the microclimate, since those are the most relevant variables affecting urban microclimates. These analysis have been run to check the conditions under which the effects of green roofs get significance. Since ENVI-met V4 is a predictive software, the first step has been the definition of the initial weather conditions which are then used as starting point by the software, which generates its own daily temperature and humidity profile based on the location of the building, geometry, vegetation and the surfaces physical characteristics. The base geometry used for this first analysis has been based on a typical urban layout structure located in Madrid, an orthogonal net with the main streets oriented East-West to ease the analysis of solar radiation in the different points of the model. This layout represents a typical urban neighborhood, with street canyons keeping an aspect ratio between 0.5 and 1 and high sky view factor to ensure correct sun access to the streets and buildings and work with typical wind flow patterns. Finally, the roof vegetation has been defined in terms of foliage density known as Leaf Area Density (LAD) and defined as the total one-sided leaf area per unit of layer volume. This index is the most relevant vegetation characteristic for the purpose of calculating the effect of vegetation on wind and solar radiation as well as the energy consumed during its metabolic processes. The building as usual (BAU) configuring the urban layout has been defined with standard concrete tile roofs, considering 0.3 albedo. Walls have been set with albedo 0.2 (typical brick wall construction) and adiabatic to avoid interference caused by thermal interchanges with the building indoor environment. For the proposed case, the same geometry and building characteristics have been kept. The only change is the roof surface coverage. The gravel on the roof has been changed with an extensive green roof covered with drought tolerant plants, typical in Madrid climate, and characterized by their LAD. The different scenarios analysed are based in the variation of the wind speed and the LAD of the roof. The results have been recorded under different sun exposure conditions. Simulations were run for the typical summer wind patterns, that for Madrid are characterized by South-west winds ranging from 3 to 0 m/s. Simulations were run for 3, 2, 1 and 0 m/s at urban canopy level. Results taken at 1.4 m above the ground showed that the green roof effect was lower with higher wind speeds and in any case the effect of the green roof on the air temperatures exceeded air temperature reductions higher than 1��C. Relative humidity presented no variations when comparing the different scenarios. For the analysis at 0m/s, ENVI-met generated error and no results were obtained. Different simulations showed that under 0.5 m/s turbulence increased dramatically and the model became unstable and unable to produce reliable results. This is due to the turbulence model embedded in the software which is not valid for low wind speeds (below 1 m/s). The effect of the different foliage densities was also tested in the model. Three different alternatives were compared against the concrete roof: green roof with LAD 0.3 ( typical grass or sedum), 1.5 (typical mixed plants) and 2.5 (tree mass). The results showed very relevant temperature differences between the different LAD alternatives analyzed. Results show temperature variations ranging between 3 and 5 ��C when comparing the standard concrete roof with albedo 0, 3 with the vegetated roof and vegetated mass, showing the relevance of the LAD on the effects of green roofs on microclimate. This matches the data reported in existing literature and empirical studies and confirms the relevance of the LAD in the roof effect on the surrounding microclimate. The results of the theoretical analysis have reached the following initial conclusions related to both, the simulation tool and the model results: ��� In relation to the tool ENVI-met, some limitations for the analysis have been observed. In first place, the rigid structure of the geometry, the data bases and the grid size, limit the scale and resolution of the analysis not allowing the development of large urban areas. On the other hand the ENVI-met structure enables the development of this type of complex simulation within reasonable times and computational requirements for the purpose of this analysis. Additionally, the model is unable to run simulations at wind speeds lower than 0.5 m/s, and even at this speed, the results are not reliable because the turbulences generated by the model that made impossible to extract clear temperature differences between the concrete and green roof scenarios. Besides the above limitations, the wind patterns and temperature profiles generated by ENVImet are in agreement with previous analysis identifying wind patterns in urban canyons with similar characteristics and aspect ratio. Therefore the software has shown a good capacity for reproducing the wind effects in the street canyons and seems to capture the cooling effect produced by the green roof. ��� In relation to the model, the results reveals the influence of wind, radiation and LAD on air temperature in urban canyons with aspect ratio comprised between 0.5 and 1. Being the effect of the green roof more noticeable in shaded urban canyons with aspect ratio 1 and wind speeds of 1 m/s. In no case the reductions in air temperature exceeded 1��C. Once the relevant parameters have been identified, mainly wind speed and LAD, an experimental analysis was conducted to test the results obtained by the model. For this purpose a large green roof was identified, able to represent the urban scale which is the object of the studio. The building identified for this purpose was the terminal 4, parking building of the international Madrid Airport. Even though this is not a standard urban area, the scale and configuration of the space around the building were deemed as acceptable for the analysis. The building is an 800x200 m, 15 m height parking building, surrounded by access paved paths and the terminal building. The parking is enclosed with facades that configure an urban canyon-like space, although the aspect ratio is lower than 0.5 and the wind patterns might differ from the theoretical model run. The building features the largest green roof in Europe, a 12 Ha extensive green roof populated with a mix of herbs and sedum with a LAD of 1.5. The buildings are surrounded by planted areas at the sidewalk and trees shading the main building facades. Green roof performance was evaluated by monitoring temperatures and relative humidity in the canyon in a typical summer day. The day selection was done taking into account meteorological predictions so the weather conditions on the measurement day were as close as possible as the optimal conditions identified in terms of green roof effects on the urban canyon. July 9th 2014 was selected for the measurement campaign because the predictions showed 1 m/s wind speed and sunny sky, which were very similar to the weather conditions where the effect of the green roof was most noticeable in the theory model. Measurements were registered hourly from 9:00am to 19:00 on July 9th 2014. Temperature, relative humidity and wind speed were recorded at 5 different levels, at 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 and 16 m above ground and at 0.5 m distance from the building fa��ade. Measurements were taken in three different scenarios, sunny exposure, shaded exposure, and shaded exposure influenced by nearby trees and moist soil. Temperature, relative humidity and wind speed were registered using a TESTO 410-2 anemometer, with 0.1��C resolution for temperature, 0.1 m/s resolution for wind speed and 0.1 % for relative humidity. Surface temperatures were registered using an infrared camera FLIR E4, with temperature resolution 0.15��C. Minimal distance to surface of 0.5 m and T�� measurements range from -20��C and 250��C. The temperature profiles measured on the site showed the influence of solar exposure on the temperature variations along the day, as well as the influence of the heat irradiated by the building surfaces which had been exposed to the sun radiation and those influenced by the moist soft areas around the building. After the measurements were taken, the following simulations were conducted to evaluate the impact of the green roof on the microclimate: a. Standard roof: T4 building assuming a concrete tile roof with albedo 0.3. b. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with low LAD value (0.5)-Simple Sedum roof. c. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with high LAD value 1.5- Lucerne and grasses d. Green roof plus street level vegetation: T4 Building, LAD 1.5 (Lucerne), including the existing trees at street level. This scenario represents the current conditions of the building. The urban canopy wind was set as 1 m/s, the wind speed register at that level during the measurement campaign. This wind speed remained constant over the whole campaign. Under the above conditions, the results of the models show a moderate effect of green roofs on the surrounding microclimate ranging from 1��C to 2��C, but a larger contribution when combining it with vegetation at pedestrian level, where 4��C temperature reductions are reached. Relative humidity remained constant. Measured temperatures and relative humidity were compared to model results, showing a close match in the profiles defined in both cases and the good capacity of ENVI met to capture the impact of the green roof in this analysis. The largest differences were registered in the areas close to the top areas of the facades which were more exposed to sun radiation and also near to the soil level. These differences might be caused by differences between the materials properties included in the model (which were limited by the data available in the software database) and those in the real building. An important observation derived from this study is the contribution of moist soil to the green roof effect on air temperatures. In the green roof scenario with surrounding trees, the effect of the moist soil contributes to raise the temperature reductions at 4.5��C. A final analysis was conducted after extracting the hourly temperature profile in the street canyon influenced by the effect of green roofs and trees. An energy model was run on the building assuming it was a conventional enclosed building. Energy demand reductions were registered in the building reaching up to 14% reductions at the peak hour. The main conclusion of this study is the potential of the green roofs as a strategy for reducing air temperatures and energy consumption in the buildings, although this effect can be limited by the influence of high speed winds. This effect can be enhanced its combination with urban forests and even more if soft moist pavements are included in the urban canyon morphology, becoming a potential strategy for adapting urban ecosystems to the increasing temperature effect derived from climate change.

Vacant parking area estimation through background subtraction and transience map analysis

A method for estimating the dimensions of non-delimited free parking areas by using a static surveillance camera is proposed. The proposed method is specially designed to tackle the main challenges of urban scenarios (multiple moving objects, outdoor illumination conditions and occlusions between vehicles) with no training. The core of this work is the temporal analysis of the video frames to detect the occupancy variation of the parking areas. Two techniques are combined: background subtraction using a mixture of Gaussians to detect and track vehicles and the creation of a transience map to detect the parking and leaving of vehicles. The authors demonstrate that the proposed method yields satisfactory estimates on three real scenarios while being a low computational cost solution that can be applied in any kind of parking area covered by a single camera.