Optimización de aperturas mediante técnicas de algoritmos evolutivos

Los sistemas de imagen por ultrasonidos son hoy una herramienta indispensable en aplicaciones de diagnóstico en medicina y son cada vez más utilizados en aplicaciones industriales en el área de ensayos no destructivos. El array es el elemento primario de estos sistemas y su diseño determina las características de los haces que se pueden construir (forma y tamaño del lóbulo principal, de los lóbulos secundarios y de rejilla, etc.), condicionando la calidad de las imágenes que pueden conseguirse. En arrays regulares la distancia máxima entre elementos se establece en media longitud de onda para evitar la formación de artefactos. Al mismo tiempo, la resolución en la imagen de los objetos presentes en la escena aumenta con el tamaño total de la apertura, por lo que una pequeña mejora en la calidad de la imagen se traduce en un aumento significativo del número de elementos del transductor. Esto tiene, entre otras, las siguientes consecuencias: Problemas de fabricación de los arrays por la gran densidad de conexiones (téngase en cuenta que en aplicaciones típicas de imagen médica, el valor de la longitud de onda es de décimas de milímetro) Baja relación señal/ruido y, en consecuencia, bajo rango dinámico de las señales por el reducido tamaño de los elementos. Complejidad de los equipos que deben manejar un elevado número de canales independientes. Por ejemplo, se necesitarían 10.000 elementos separados λ 2 para una apertura cuadrada de 50 λ. Una forma sencilla para resolver estos problemas existen alternativas que reducen el número de elementos activos de un array pleno, sacrificando hasta cierto punto la calidad de imagen, la energía emitida, el rango dinámico, el contraste, etc. Nosotros planteamos una estrategia diferente, y es desarrollar una metodología de optimización capaz de hallar de forma sistemática configuraciones de arrays de ultrasonido adaptados a aplicaciones específicas. Para realizar dicha labor proponemos el uso de los algoritmos evolutivos para buscar y seleccionar en el espacio de configuraciones de arrays aquellas que mejor se adaptan a los requisitos fijados por cada aplicación. En la memoria se trata el problema de la codificación de las configuraciones de arrays para que puedan ser utilizados como individuos de la población sobre la que van a actuar los algoritmos evolutivos. También se aborda la definición de funciones de idoneidad que permitan realizar comparaciones entre dichas configuraciones de acuerdo con los requisitos y restricciones de cada problema de diseño. Finalmente, se propone emplear el algoritmo multiobjetivo NSGA II como herramienta primaria de optimización y, a continuación, utilizar algoritmos mono-objetivo tipo Simulated Annealing para seleccionar y retinar las soluciones proporcionadas por el NSGA II. Muchas de las funciones de idoneidad que definen las características deseadas del array a diseñar se calculan partir de uno o más patrones de radiación generados por cada solución candidata. La obtención de estos patrones con los métodos habituales de simulación de campo acústico en banda ancha requiere tiempos de cálculo muy grandes que pueden hacer inviable el proceso de optimización con algoritmos evolutivos en la práctica. Como solución, se propone un método de cálculo en banda estrecha que reduce en, al menos, un orden de magnitud el tiempo de cálculo necesario Finalmente se presentan una serie de ejemplos, con arrays lineales y bidimensionales, para validar la metodología de diseño propuesta comparando experimentalmente las características reales de los diseños construidos con las predicciones del método de optimización. ABSTRACT Currently, the ultrasound imaging system is one of the powerful tools in medical diagnostic and non-destructive testing for industrial applications. Ultrasonic arrays design determines the beam characteristics (main and secondary lobes, beam pattern, etc...) which assist to enhance the image resolution. The maximum distance between the elements of the array should be the half of the wavelength to avoid the formation of grating lobes. At the same time, the image resolution of the target in the region of interest increases with the aperture size. Consequently, the larger number of elements in arrays assures the better image quality but this improvement contains the following drawbacks: Difficulties in the arrays manufacturing due to the large connection density. Low noise to signal ratio. Complexity of the ultrasonic system to handle large number of channels. The easiest way to resolve these issues is to reduce the number of active elements in full arrays, but on the other hand the image quality, dynamic range, contrast, etc, are compromised by this solutions In this thesis, an optimization methodology able to find ultrasound array configurations adapted for specific applications is presented. The evolutionary algorithms are used to obtain the ideal arrays among the existing configurations. This work addressed problems such as: the codification of ultrasound arrays to be interpreted as individuals in the evolutionary algorithm population and the fitness function and constraints, which will assess the behaviour of individuals. Therefore, it is proposed to use the multi-objective algorithm NSGA-II as a primary optimization tool, and then use the mono-objective Simulated Annealing algorithm to select and refine the solutions provided by the NSGA I I . The acoustic field is calculated many times for each individual and in every generation for every fitness functions. An acoustic narrow band field simulator, where the number of operations is reduced, this ensures a quick calculation of the acoustic field to reduce the expensive computing time required by these functions we have employed. Finally a set of examples are presented in order to validate our proposed design methodology, using linear and bidimensional arrays where the actual characteristics of the design are compared with the predictions of the optimization methodology.

Corrosión de armaduras en el hormigón armado en ambiente marino aéreo

La presente tesis doctoral surge ante la necesidad de completar el estudio sobre la corrosión en el hormigón armado expuesto al ambiente marino iniciado por D. Miguel Ángel Bermúdez Odriozola en 2007 con la tesis doctoral con título “Corrosión de las armaduras del hormigón armado en ambiente marino: zona de carrera de mareas y zona sumergida”. Una vez realizado el estudio bibliográfico, se ha planteado un estudio experimental en el que se analizan cuatro muelles de distintas edades y localizados en distintos lugares de la geografía española. Uno de ellos contiene adiciones en el hormigón. Una vez inspeccionados, se extraen testigos de cada uno de ellos con el fin de realizar ensayos de caracterización y se analizan sus resultados en paralelo con los coeficientes de difusión. Uno se los objetivos ha sido comprobar el mejor método de ensayo que permita controlar la durabilidad del hormigón en ambiente IIIa. La tesis que se presenta ha demostrado la efectividad del ensayo de penetración de agua para discriminar los hormigones que presentarán un buen comportamiento frente a la difusión de cloruros y por tanto para predecir la vida útil de la estructura. Asimismo, otro objetivo ha sido valorar el uso de adiciones en el hormigón y cómo afectan a la mejora del comportamiento del hormigón expuesto al ambiente marino. Se han obtenido valores del coeficiente de eficacia de cenizas volantes y humo de sílice frente a la difusión de cloruros, muy superiores a los actualmente considerados en términos de resistencia. El ambiente marino aéreo engloba estructuras situadas en primera línea de costa así como aquellas que se sitúan hasta 5km de distancia de la línea del mar. La investigación realizada ha demostrado la necesidad de establecer una nueva subdivisión en este ambiente introduciendo la zona Spray, siguiendo criterios internacionales, que permita diferenciar la zona más desfavorable del mismo que comprende las estructuras ubicadas sobre el nivel del mar tal como los tableros de pantalanes portuarios estudiados. Se han analizado en profundidad los valores del contenido de cloruros en superficie de hormigón en los diferentes tipos de ambiente marino recogidos por la Instrucción EHE- 08 contrastando los requisitos normativos. Como conclusión se han hecho nuevas propuestas normativas que afectan al ambiente sumergido y al ambiente marino aéreo (zona spray). Asimismo se ha realizado un análisis en profundidad de la concentración crítica de cloruros recogida por la Instrucción EHE-08, a partir de los datos obtenidos en estructuras reales. Se ha evaluado el ensayo de resistividad para estimar el valor del coeficiente de difusión de cloruros. Este ensayo ha demostrado su efectividad para discriminar hormigones con adiciones y con muy baja penetración de agua, si bien no resulta sensible para detectar hormigones con elevada permeabilidad. Finalmente en la tesis se ha obtenido un modelo de difusión de cloruros (a/c-D) en ambiente marino aéreo a fin de poder estimar la difusión de cloruros en el hormigón a partir de un requisito normativo como es la relación a/c. This Thesis is focussed to complete the previous study on the corrosion of reinforced concrete exposed to marine environment, carried out by Dr. Miguel Ángel Bermúdez Odrizola in 2007. That Thesis title was “Corrosion of concrete reinforcement located in marine environment: tidal zone and submerged zone”. After the literature review presented in the State of the Art, an experimental programme was carried out. Four docks of different ages and locations have been studied, one of them was a fly ash concrete. The structures were inspected on site and several cores extracted in order to develop characterization tests and obtain diffusion profiles at the laboratory. One of the objectives has been to check the best laboratory test method to control concrete durability when exposed to atmospheric marine environment. This Thesis has proven the effectiveness of the water penetration test to differentiate concretes well behaved against chloride diffusion and also to predict the structure service life. Another objective has been to study the effect of mineral additions in concrete and how they improve the durability of concrete in this environment. Efficiency factors have been obtained for fly ashes and silica fume, much higher than those consider for strength. According to the Spanish Concrete Code EHE 08, the atmospheric marine environment includes structures located at the cost, from the sea line up to 5km inland. The research conducted has shown the need to consider a spray zone which is the most unfavourable area of the atmospheric environment, affecting structures over the sea level as the decks of the wharves here studied. Surface chloride contents of structures in the different marine environments have been deeply analysed, checking the actual standard limits. As a conclusion, new normative values have been proposed for submerged and atmospheric zone (spray zone). A complete analysis of the chloride threshold concentration from the data obtained in real structures has also been performed. It has been evaluated the resistivity test as a tool to estimate the chloride diffusion coefficient. This test has proven effectiveness to discriminate concrete with mineral additions and low water penetration values, while it is not sensitive to detect concretes with high permeability. Finally, a chloride diffusion model (w/c) has been obtained in atmospheric marine environment in order to estimate the chloride diffusion of the concrete knowing a normative requirement as w/c.

El Problema de Lambert en el Contexto de Optimización de Trayectorias Espaciales

Esta tesis se basa en el estudio de la trayectoria que pasa por dos puntos en el problema de los dos cuerpos, inicialmente desarrollado por Lambert, del que toma su nombre. En el pasado, el Problema de Lambert se ha utilizado para la determinación de órbitas a partir de observaciones astronómicas de los cuerpos celestes. Actualmente, se utiliza continuamente en determinación de órbitas, misiones planetaria e interplanetarias, encuentro espacial e interceptación, o incluso en corrección de orbitas. Dada su gran importancia, se decide investigar especialmente sobre su solución y las aplicaciones en las misiones espaciales actuales. El campo de investigación abierto, es muy amplio, así que, es necesario determinar unos objetivos específicos realistas, en el contexto de ejecución de una Tesis, pero que sirvan para mostrar con suficiente claridad el potencial de los resultados aportados en este trabajo, e incluso poder extenderlos a otros campos de aplicación. Como resultado de este análisis, el objetivo principal de la Tesis se enfoca en el desarrollo de algoritmos para resolver el Problema de Lambert, que puedan ser aplicados de forma muy eficiente en las misiones reales donde aparece. En todos los desarrollos, se ha considerado especialmente la eficiencia del cálculo computacional necesario en comparación con los métodos existentes en la actualidad, destacando la forma de evitar la pérdida de precisión inherente a este tipo de algoritmos y la posibilidad de aplicar cualquier método iterativo que implique el uso de derivadas de cualquier orden. En busca de estos objetivos, se desarrollan varias soluciones para resolver el Problema de Lambert, todas ellas basadas en la resolución de ecuaciones transcendentes, con las cuales, se alcanzan las siguientes aportaciones principales de este trabajo: • Una forma genérica completamente diferente de obtener las diversas ecuaciones para resolver el Problema de Lambert, mediante desarrollo analítico, desde cero, a partir de las ecuaciones elementales conocidas de las cónicas (geométricas y temporal), proporcionando en todas ellas fórmulas para el cálculo de derivadas de cualquier orden. • Proporcionar una visión unificada de las ecuaciones más relevantes existentes, mostrando la equivalencia con variantes de las ecuaciones aquí desarrolladas. • Deducción de una nueva variante de ecuación, el mayor logro de esta Tesis, que destaca en eficiencia sobre todas las demás (tanto en coste como en precisión). • Estudio de la sensibilidad de la solución ante variación de los datos iniciales, y como aplicar los resultados a casos reales de optimización de trayectorias. • También, a partir de los resultados, es posible deducir muchas propiedades utilizadas en la literatura para simplificar el problema, en particular la propiedad de invariancia, que conduce al Problema Transformado Simplificado. ABSTRACT This thesis is based on the study of the two-body, two-point boundary-value problem, initially developed by Lambert, from who it takes its name. Since the past, Lambert's Problem has been used for orbit determination from astronomical observations of celestial bodies. Currently, it is continuously used in orbit determinations, for planetary and interplanetary missions, space rendezvous, and interception, or even in orbit corrections. Given its great importance, it is decided to investigate their solution and applications in the current space missions. The open research field is very wide, it is necessary to determine specific and realistic objectives in the execution context of a Thesis, but that these serve to show clearly enough the potential of the results provided in this work, and even to extended them to other areas of application. As a result of this analysis, the main aim of the thesis focuses on the development of algorithms to solve the Lambert’s Problem which can be applied very efficiently in real missions where it appears. In all these developments, it has been specially considered the efficiency of the required computational calculation compared to currently existing methods, highlighting how to avoid the loss of precision inherent in such algorithms and the possibility to apply any iterative method involving the use of derivatives of any order. Looking to meet these objectives, a number of solutions to solve the Lambert’s Problem are developed, all based on the resolution of transcendental equations, with which the following main contributions of this work are reached: • A completely different generic way to get the various equations to solve the Lambert’s Problem by analytical development, from scratch, from the known elementary conic equations (geometrics and temporal), by providing, in all cases, the calculation of derivatives of any order. • Provide a unified view of most existing relevant equations, showing the equivalence with variants of the equations developed here. • Deduction of a new variant of equation, the goal of this Thesis, which emphasizes efficiency (both computational cost and accuracy) over all other. • Estudio de la sensibilidad de la solución ante la variación de las condiciones iniciales, mostrando cómo aprovechar los resultados a casos reales de optimización de trayectorias. • Study of the sensitivity of the solution to the variation of the initial data, and how to use the results to real cases of trajectories’ optimization. • Additionally, from results, it is possible to deduce many properties used in literature to simplify the problem, in particular the invariance property, which leads to a simplified transformed problem.

Antonio Vallejo Álvarez: arquitectura de la sensatez

La presente tesis doctoral desarrolla la obra del arquitecto Antonio Vallejo Álvarez (n. 1903, t. 1928, f. 2002) cuya larga carrera profesional permite observar una evolución que tiene como fondo la de la arquitectura española desde los planteamientos academicistas de principios del siglo XX, pasando por el primer racionalismo, hasta la influencia del Movimiento Moderno. Antonio Vallejo nació en Almonacid de Zorita, un pueblo de la provincia de Guadalajara pequeño pero singular ya que entonces se construía el Salto de Bolarque, instalación energética crucial en la época que albergaba además elementos de arquitectura culta. La familia le envió a Madrid a estudiar en las Escuelas Pías de San Fernando y luego en la vieja escuela de arquitectura de la calle Escritorios perteneciente a la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando. Terminada la carrera realizó unas primeras edificaciones de corte historicista con relativa abundancia de estilemas academicista que van desapareciendo paulatinamente a la vez que evolucionan hacia el “decó”. De esta depuración, que puede observarse muy bien en los números 69,73 y 62 de la calle Viriato de Madrid, resulta un primer racionalismo en el que las balconadas y cuerpos volados se apoyan sobre una trama racionalista ortogonal cada vez más rígida. Simultáneamente trabajó en esta época en la Oficina de Información sobre la Ciudad del Ayuntamiento de Madrid junto a Bernardo Giner de los Ríos y Fernando García Mercadal, entre otros. Más tarde se incorporó a las órdenes del primero a la Oficina de Construcciones escolares donde se mantuvo hasta el estallido de la guerra civil. Al amparo de la Ley Salmón fundó la empresa promotora de viviendas Ar-In donde realizó una arquitectura en la que la trama racionalista cobra una gran fuerza expresiva, matizada y potenciada por grandes balcones aterrazados de corte higienista. Sus exponentes máximos son el conjunto en la calle Narváez esquina a Alcalde Sáinz de Baranda, y la manzana de Guzmán el Bueno, 75 de Madrid. La guerra civil interrumpe el proceso y tras ella nuestro autor ensaya la supervivencia del racionalismo mediante la superposición de la trama en grandes cuerpos de alzado de ladrillo ocupando las plantas de pisos, sobre un basamento de granito en la planta baja y una especie de pórtico enmarcando los huecos del ático a modo de remate. En las ventanas se colocan embocaduras de caliza de diversas formas. Esta arquitectura, muy en la línea del gusto de la época, será sublimada mediante un magnífico ejemplo de manierismo en su gran obra de la Residencia de los Agustinos Recoletos y la Iglesia de Santa Rita de Madrid. Superados los al menos tres lustros de postguerra, Vallejo inicia un proceso que podríamos llamar estructuralista en la medida en que la asunción de la situación de la estructura en el edificio y el módulo por ella creada definen sus características formales. Aquí, tras trabajar el hormigón armado en algunos edificios como los del Residencial Bellas Vistas de Madrid, lo hace con mucho más convencimiento en edificios con estructuras de acero como el colegio del Sagrado Corazón de Guadalajara. Es también importante hablar de la provincia de Almería, a cuya capital llega nuestro arquitecto inmediatamente después de la guerra civil para alejarse de las indeseables consecuencias que hubiera podido tener su fidelidad al gobierno de la República con el que colaboró hasta el último momento. En la ciudad desarrolló una extensa labor como constructor a través de Duarín SA, que se había formado sobre los restos de su promotora. También como arquitecto, con una labor paralela a la madrileña pero con menor presión ambiental, lo que contribuyó a que en cierta medida el proceso de afloramiento de su arquitectura estructuralista, heredera lejana de su primer racionalismo, fuese más rápido, como prueban realizaciones como los edificios de la calle Juan Pérez, 18 y del Paseo de la Estación, 19. ABSTRACT This thesis deals with the works in architecture from Antonio Vallejo Álvarez (b. 1903, g. 1928, d. 2002) whose long career enables us to concentrate on the evolution of the Spanish Architecture from the Academicism taking place at the beginning of XXth century , until the influence of the Modern Movement, taking also into account Racionalism. Antonio Vallejo was born in Almonacid de Zorita, a village in the province of Guadalajara small but unique because then Salto de Bolarque the crucial energy facility at the time also housed elements of classical architecture is built. His family sent him to study to Madrid in Escuelas Pías de San Fernando first, and then he attended lessons in the old Architecture school from Escritorios street belonging this last one to la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando. Once he finished his degree on Architecture, he worked on some historicist buildings with a great use of academicist stylemes which will be disappearing little by little, turning into “deco”. From this depurationn, whose traces can be found in 69, 73, 62 at Viriato street in Madrid, our architect ends up with a first racionalism in which balconies and flown bodies are suspended on a racionalist and orthogonal more and more rigid. At that time, he was also working in the Information Office in Madrid Town Hall together with Bernardo Giner de los Ríos y Fernando García Mercadal, among others. Later, he worked for Bernardo Giner de los Ríos in the School Building Offices until the breaking out of the Civil War. Under Salmón law, he founded a developer for buildings named Ar-In, where he developed a type of Architecture in which racionalism develops a magnificent expressive force, empowered by great terraced balconies with higienistain court. His great masterpieces at this time are the buildings from Narvaez opposite to Alcalde Sáinz de Baranda and the block in 75 Guzmán El Bueno, in Madrid. Civil war interrupts somehow his process and once the war is over, our architect works on the survival of racionalism by overlapping on large bodies of brick elevation occupying different floor plants, on a base of granite on the ground floor and a sort of portico framing the gaps in the attic by way of auction. On the Windows he se colocan embocaduras de caliza de diversas formas. This type of architecture, very much enjoyed at that time, will be sublimed as a great example of manierism in his great work such as the case of Agustinos Recoletos Residence and Santa Rita Church in Madrid. About fifteen years after the war, in the post-war era, Vallejo starts a process which we could call structuralist, as lons as the asumption from the situation of the structure in the building and the created module define his main features. Here, once our architect works with reinforce concrete in some of his buildings such as Residencial Bellas Vistas de Madrid, he improves his technique with steel strucutres such as the on in the school Sagrado Corazón in Guadalajara. It is also remarkable to speak about the province of Almería, where our architect arrives inmediately after the civil war, to get rid of the consequences of his loyalty to the Republic movement to which he collaborated until his death. He developed a great career as a builder there through Duarín SA, which was launched though his former enterprise. Similary as the way he worked in Madrid,he, also as an arquitect, did his work in Almería with less environmental pressure though, fact which contributed to the flourishing of the structuralist architecture, as an heir from his first racionalism, as it can be shown from buildings in streets such as 18 Juan Pérez, and 19 Paseo de la Estación.

Análisis de la ventaja de jugar en casa en sistemas de competición a ida y vuelta en fútbol masculino y femenino

El presente trabajo Fin de Grado tiene como objetivo principal hacer una revisión de los artículos de Page y Page (2007) y Lidor et al. (2010) para mostrar la existencia de la ventaja de jugar en casa en fútbol, y la existencia de la ventaja de jugar el partido de vuelta como local como beneficio de ganar las eliminatorias a doble partido. Para este trabajo se ha utilizado una muestra propia, la que consta de 3 competiciones europeas (Champions League masculina y femenina y Europa League) y 2 nacionales (Copa del Rey y Copa de la Reina), pudiendo así comparar a la vez ambos géneros (masculino y femenino). Esta ventaja será mostrada analizando los factores asociados a la ventaja de jugar en casa como: distancia, porcentaje de victorias previas en rondas anteriores en esa misma competición y diferencia de goles en esa eliminatoria. La ventaja de jugar en casa será probada, así como que es mayor en el género masculino que en el femenino, mientras que la ventaja de jugar en casa en el partido de vuelta de la eliminatoria no está tan clara en este trabajo y se expondrán las causas de esto.

Análisis observacional de las acciones ofensivas del Pozo de Murcia en la Copa de España 2013

El objetivo marcado en la realización del TFG ha sido el análisis de las acciones ofensivas de El Pozo de Murcia F.S a través de unos indicadores que indican el rendimiento del equipo en porcentajes. Los partidos estudiados han sido los cuartos de final, semifinal y final de la Copa de España 2013 que se disputó en Madrid. Estos partidos fueron grabados y mediante el análisis observacional se completó una plantilla Excel todos los parámetros que se estipularon. Una vez obtenidos los datos de cada partido y realizados los diferentes porcentajes que autores estudiados estudiaron previamente, se procedió a la realización del análisis estadístico a través del programa SPSS. En este análisis se realiza una comparación de todos los indicadores ( en comparación con el número de posesiones, con el éxito de las mismas, y con la zona en la que finalizan e inician). Finalmente, se procede a la realización del estudio comparativo entre los resultados mostrados por los estudios de los autores citados y los resultados obtenidos en este trabajo.

Análisis de la implementación de un conformador software de señales ultrasónicas para tiempo real

Este trabajo analiza la implementacion software en un sistema de imagen ultrasónica del Total Focusing Method para la compensación dinámica en tiempo real de los tiempos de vuelo para emisión y recepción de todos los puntos de la imagen. Para ello, haciendo uso de técnicas GPGPU, se analizan dos diferentes alternativas de implementacion, mostrando como una planificación adecuada de acceso a los datos permite mejorar los tiempos de ejecución del algoritmo.