A Semantic-Based Approach to Attain Reproducibility of Computational Environments in Scientic Work ows: A Case Study

Reproducible research in scientic work ows is often addressed by tracking the provenance of the produced results. While this approach allows inspecting intermediate and nal results, improves understanding, and permits replaying a work ow execution, it does not ensure that the computational environment is available for subsequent executions to reproduce the experiment. In this work, we propose describing the resources involved in the execution of an experiment using a set of semantic vocabularies, so as to conserve the computational environment. We dene a process for documenting the work ow application, management system, and their dependencies based on 4 domain ontologies. We then conduct an experimental evaluation sing a real work ow application on an academic and a public Cloud platform. Results show that our approach can reproduce an equivalent execution environment of a predened virtual machine image on both computing platforms.

Work in progress - Exploiting videoconferencing possibilities to promote the European convergence process

This paper introduces the experience of using videoconferencing and recording as a mechanism to support courses which need to be promoted or discontinued within the framework of the European convergence process. Our objective is to make these courses accessible as live streaming during the lessons as well as recorded lectures and associated documents available to the students as soon as the lesson has finished. The technology used has been developed in our university and it is all open source. Although this is a technical project the key is the human factor involved. The people managing the virtual sessions are students of the courses being recorded. However, they lack technical knowledge, so we had to train them in audiovisuals and enhance the usability of the videoconferencing tool and platform. The validation process is being carried out in five real scenarios at our university. During the whole period we are evaluating technical and pedagogical issues of this experience for both students and teachers to guide the future development of the service. Depending on the final results, the service of lectures recording will be available as educational resource for all of the teaching staff of our university.

Performance Modeling of Fresnel-Based CPV Systems: Effects of Deformations under Real Operation Conditions

Getting a lower energy cost has always been a challenge for concentrated photovoltaic. The FK concentrator enhances the performance (efficiency, acceptance angle and manufacturing tolerances) of the conventional CPV system based on a Fresnel primary stage and a secondary lens, while keeping its simplicity and potentially low‐cost manufacturing. At the same time F‐XTP (Fresnel lens+reflective prism), at the first glance has better cost potential but significantly higher sensitivity to manufacturing errors. This work presents comparison of these two approaches applied to two main technologies of Fresnel lens production (PMMA and Silicone on Glass) and effect of standard deformations that occur under real operation conditions

Aspectos de la medición dinámica instantánea de emisiones de motores. Aplicación al desarrollo de un equipo portátil y una metodología para estudios de contaminación de vehículos en tráfico real.

Esta Tesis Doctoral se encuadra en el ámbito de la medida de emisiones contaminantes y de consumo de combustible en motores de combustión interna alternativos cuando se utilizan como plantas de potencia para propulsión de vehículos ligeros de carretera, y más concretamente en las medidas dinámicas con el vehículo circulando en tráfico real. En este ámbito, el objetivo principal de la Tesis es estudiar los problemas asociados a la medición en tiempo real con equipos embarcados de variables medioambientales, energéticas y de actividad, de vehículos ligeros propulsados por motores térmicos en tráfico real. Y como consecuencia, desarrollar un equipo y una metodología apropiada para este objetivo, con el fin de realizar consiguientemente un estudio sobre los diferentes factores que influyen sobre las emisiones y el consumo de combustible de vehículos turismo en tráfico real. La Tesis se comienza realizando un estudio prospectivo sobre los trabajos de otros autores relativos al desarrollo de equipos portátiles de medida de emisiones (Portable Emission Measurement Systems – PEMS), problemas asociados a la medición dinámica de emisiones y estudios de aplicación en tráfico real utilizando este tipo de equipos. Como resultado de este estudio se plantea la necesidad de disponer de un equipo específicamente diseñado para ser embarcado en un vehículo que sea capaz de medir en tiempo real las concentraciones de emisiones y el caudal de gases de escape, al mismo tiempo que se registran variables del motor, del vehículo y del entorno como son la pendiente y los datos meteorológicos. De esta forma se establecen las especificaciones y condiciones de diseño del equipo PEMS. Aunque al inicio de esta Tesis ya existían en el mercado algunos sistemas portátiles de medida de emisiones (PEMS: Portable Emissions Measurement Systems), en esta Tesis se investiga, diseña y construye un nuevo sistema propio, denominado MIVECO – PEMS. Se exponen, discuten y justifican todas las soluciones técnicas incorporadas en el sistema que incluyen los subsistema de análisis de gases, subsistemas de toma de muestra incluyendo caudalímetro de gases de escape, el subsistema de medida de variables del entorno y actividad del vehículo y el conjunto de sistemas auxiliares. El diseño final responde a las hipótesis y necesidades planteadas y se valida en uso real, en banco de rodillos y en comparación con otro equipos de medida de emisiones estacionarios y portátiles. En esta Tesis se presenta también toda la investigación que ha conducido a establecer la metodología de tratamiento de las señales registradas en tiempo real que incluye la sincronización, cálculos y propagación de errores. La metodología de selección y caracterización de los recorridos y circuitos y de las pautas de conducción, preparación del vehículo y calibración de los equipos forma también parte del legado de esta Tesis. Para demostrar la capacidad de medida del equipo y el tipo de resultados que pueden obtenerse y que son útiles para la comunidad científica, y las autoridades medioambientales en la parte final de esta Tesis se plantean y se presentan los resultados de varios estudios de variables endógenas y exógenas que afectan a las emisiones instantáneas y a los factores de emisión y consumo (g/km) como: el estilo de conducción, la infraestructura vial, el nivel de congestión del tráfico, tráfico urbano o extraurbano, el contenido de biocarburante, tipo de motor (diesel y encendido provocado), etc. Las principales conclusiones de esta Tesis son que es posible medir emisiones másicas y consumo de motores de vehículos en uso real y que los resultados permiten establecer políticas de reducción de impacto medio ambiental y de eficiencia energética, pero, se deben establecer unas metodologías precisas y se debe tener mucho cuidado en todo el proceso de calibración, medida y postratamientos de los datos. Abstract This doctoral thesis is in the field of emissions and fuel consumption measurement of reciprocating internal combustion engines when are used as power-trains for light-duty road vehicles, and especially in the real-time dynamic measurements procedures when the vehicle is being driven in real traffic. In this context, the main objective of this thesis is to study the problems associated with on-board real-time measuring systems of environmental, energy and activity variables of light vehicles powered by internal combustion engines in real traffic, and as a result, to develop an instrument and an appropriate methodology for this purpose, and consequently to make a study of the different factors which influence the emissions and the fuel consumption of passenger cars in real traffic. The thesis begins developing a prospective study on other authors’ works about development of Portable Emission Measurement Systems (PEMS), problems associated with dynamic emission measurements and application studies on actual traffic using PEMS. As a result of this study, it was shown that a measuring system specifically designed for being on-board on a vehicle, which can measure in real time emission concentrations and exhaust flow, and at the same time to record motor vehicle and environment variables as the slope and atmospheric data, is needed; and the specifications and design parameters of the equipment are proposed. Although at the beginning of this research work there were already on the market some PEMS, in this Thesis a new system is researched, designed and built, called MIVECO – PEMS, in order to meet such measurements needs. Following that, there are presented, discussed and justify all technical solutions incorporated in the system, including the gas analysis subsystem, sampling and exhaust gas flowmeter subsystem, the subsystem for measurement of environment variables and of the vehicle activity and the set of auxiliary subsystems. The final design meets the needs and hypotheses proposed, and is validated in real-life use and chassis dynamometer testing and is also compared with other stationary and on-board systems. This thesis also presents all the research that has led to the methodology of processing the set of signals recorded in real time including signal timing, calculations and error propagation. The methodology to select and characterize of the routes and circuits, the driving patterns, and the vehicle preparation and calibration of the instruments and sensors are part of the legacy of this thesis. To demonstrate the measurement capabilities of the system and the type of results that can be obtained and that are useful for the scientific community and the environmental authorities, at the end of this Thesis is presented the results of several studies of endogenous and exogenous variables that affect the instantaneous and averaged emissions and consumption factors (g/km), as: driving style, road infrastructure, the level of traffic congestion, urban and extra-urban traffic, biofuels content, type of engine (diesel or spark ignition) etc. The main conclusions of this thesis are that it is possible to measure mass emissions and consumption of vehicle engines in actual use and that the results allow us to establish policies to reduce environmental impact and improve energy efficiency, but, to establish precise methodologies and to be very careful in the entire process of calibration, measurement and data post-treatment is necessary.

Simulator of the JET real-time disruption predictor

A disruption predictor based on support vector machines (SVM) has been developed to be used in JET. The training process uses thousands of discharges and, therefore, high performance computing has been necessary to obtain the models. To this respect, several models have been generated with data from different JET campaigns. In addition, various kernels (mainly linear and RBF) and parameters have been tested. The main objective of this work has been the implementation of the predictor model under real-time constraints. A “C-code” software application has been developed to simulate the real-time behavior of the predictor. The application reads the signals from the JET database and simulates the real-time data processing, in particular, the specific data hold method to be developed when reading data from the JET ATM real time network. The simulator is fully configurable by means of text files to select models, signal thresholds, sampling rates, etc. Results with data between campaigns C23and C28 will be shown.

A new generation of real-time systems in the JET tokamak

Recently a new recipe for developing and deploying real-time systems has become increasingly adopted in the JET tokamak. Powered by the advent of x86 multi-core technology and the reliability of the JET’s well established Real-Time Data Network (RTDN) to handle all real-time I/O, an official Linux vanilla kernel has been demonstrated to be able to provide realtime performance to user-space applications that are required to meet stringent timing constraints. In particular, a careful rearrangement of the Interrupt ReQuests’ (IRQs) affinities together with the kernel’s CPU isolation mechanism allows to obtain either soft or hard real-time behavior depending on the synchronization mechanism adopted. Finally, the Multithreaded Application Real-Time executor (MARTe) framework is used for building applications particularly optimised for exploring multicore architectures. In the past year, four new systems based on this philosophy have been installed and are now part of the JET’s routine operation. The focus of the present work is on the configuration and interconnection of the ingredients that enable these new systems’ real-time capability and on the impact that JET’s distributed real-time architecture has on system engineering requirements, such as algorithm testing and plant commissioning. Details are given about the common real-time configuration and development path of these systems, followed by a brief description of each system together with results regarding their real-time performance. A cycle time jitter analysis of a user-space MARTe based application synchronising over a network is also presented. The goal is to compare its deterministic performance while running on a vanilla and on a Messaging Real time Grid (MRG) Linux kernel.

Automatic generation of real-time deformable parametric model of the aorta for a VR-based catheterism guidance system

The purpose of this work is twofold: first, to develop a process to automatically create parametric models of the aorta that can adapt to any possible intraoperative deformation of the vessel. Second, it intends to provide the tools needed to perform this deformation in real time, by means of a non-rigid registration method. This dynamically deformable model will later be used in a VR-based surgery guidance system for aortic catheterism procedures, showing the vessel changes in real time.

An Agent Architecture to fulfill Real-Time Requirements

In this paper we present AMSIA, an agent architecture that combines the possibility of using di erent reasoning methods with a mechanism to control the resources needed by the agent to ful ll its high level objectives. The architecture is based on the blackboard paradigm which o ers the possibility of combining di erent reasoning techniques and opportunistic behavior. The AMSIA architecture adds a representation of plans of objectives allowing di erent reasoning activities to create plans to guide the future behavior of the agent. The opportunism is in the acquisition of high-level objectives and in the modi cation of the predicted activity when something doesn't happen as expected. A control mechanism is responsible for the translation of plans of objectives to concrete activities, considering resource-boundedness. To do so, all the activity in the agent (including control) is explicitly scheduled, but allowing the necessary exibility to make changes in the face of contingencies that are expected in dynamic environments. Experimental work is also presented.

Distributed Web Interface for Real-Time Spatial Audio Reproduction System

SSR es el acrónimo de SoundScape Renderer (tool for real-time spatial audio reproduction providing a variety of rendering algorithms), es un programa escrito en su mayoría en C++. El programa permite al usuario escuchar tanto sonidos grabados con anterioridad como sonidos en directo. El sonido o los sonidos se oirán, desde el punto de vista del oyente, como si el sonido se produjese en el punto que el programa decida, lo interesante de este proyecto es que el sonido podrá cambiar de lugar, moverse, etc. Todo en tiempo real. Esto se consigue sin modificar el sonido al grabarlo pero sí al emitirlo, el programa calcula las variaciones necesarias para que al emitir el sonido al oyente le llegue como si el sonido realmente se generase en un punto del espacio o lo más parecido posible. La sensación de movimiento no deja de ser el punto anterior cambiando de lugar. La idea era crear una aplicación web basada en Canvas de HTML5 que se comunicará con esta interfaz de usuario remota. Así se solucionarían todos los problemas de compatibilidad ya que cualquier dispositivo con posibilidad de visualizar páginas web podría correr una aplicación basada en estándares web, por ejemplo un sistema con Windows o un móvil con navegador. El protocolo debía de ser WebSocket porque es un protocolo HTML5 y ofrece las “garantías” de latencia que una aplicación con necesidades de información en tiempo real requiere. Nos permite una comunicación full-dúplex asíncrona sin mucho payload que es justo lo que se venía a evitar al no usar polling normal de HTML. El problema que surgió fue que la interfaz de usuario de red que tenía el programa no era compatible con WebSocket debido a un handshacking inicial y obligatorio que realiza el protocolo, por lo que se necesitaba otra interfaz de red. Se decidió entonces cambiar a JSON como formato para el intercambio de mensajes. Al final el proyecto comprende no sólo la aplicación web basada en Canvas sino también un servidor funcional y la definición de una nueva interfaz de usuario de red con su protocolo añadido. ABSTRACT. This project aims to become a part of the SSR tool to extend its capabilities in the field of the access. SSR is an acronym for SoundScape Renderer, is a program mostly written in C++ that allows you to hear already recorded or live sound with a variety of sound equipment as if the sound came from a desired place in the space. Like the web-page of the SSR says surely better explained: “The SoundScape Renderer (SSR) is a tool for real-time spatial audio reproduction providing a variety of rendering algorithms.” The application can be used with a graphical interface written in Qt but has also a network interface for external applications to use it. This network interface communicates using XML messages. A good example of it is the Android client. This Android client is already working. In order to use the application should be run it by loading an audio source and the wanted environment so that the renderer knows what to do. In that moment the server binds and anyone can use the network interface. Since the network interface is documented everyone can make an application to interact with this network interface. So the application can have as many user interfaces as wanted. The part that is developed in this project has nothing to do neither with audio rendering nor even with the reproduction of the spatial audio. The part that is developed here is about the interface used in the SSR application. As it can be deduced from the title: “Distributed Web Interface for Real-Time Spatial Audio Reproduction System”, this work aims only to offer the interface via web for the SSR (“Real-Time Spatial Audio Reproduction System”). The idea is not to make a new graphical interface for SSR but to allow more types of interfaces and communication. To accomplish the objective of allowing more graphical interfaces this project is going to use a new network interface. By now the SSR application is using only XML for data interchange but this new network interface support JSON. This project comprehends the server that launch the application, the user interface and the new network interface. It is done with these modules in order to allow creating new user interfaces that can communicate with the server or new servers that can communicate with the user interface by defining a complete network interface for data interchange.

Simulación en tiempo real de vehículos industriales con modelos multicuerpo de gran complejidad

El objetivo de esta Tesis ha sido la consecución de simulaciones en tiempo real de vehículos industriales modelizados como sistemas multicuerpo complejos formados por sólidos rígidos. Para el desarrollo de un programa de simulación deben considerarse cuatro aspectos fundamentales: la modelización del sistema multicuerpo (tipos de coordenadas, pares ideales o impuestos mediante fuerzas), la formulación a utilizar para plantear las ecuaciones diferenciales del movimiento (coordenadas dependientes o independientes, métodos globales o topológicos, forma de imponer las ecuaciones de restricción), el método de integración numérica para resolver estas ecuaciones en el tiempo (integradores explícitos o implícitos) y finalmente los detalles de la implementación realizada (lenguaje de programación, librerías matemáticas, técnicas de paralelización). Estas cuatro etapas están interrelacionadas entre sí y todas han formado parte de este trabajo. Desde la generación de modelos de una furgoneta y de camión con semirremolque, el uso de tres formulaciones dinámicas diferentes, la integración de las ecuaciones diferenciales del movimiento mediante métodos explícitos e implícitos, hasta el uso de funciones BLAS, de técnicas de matrices sparse y la introducción de paralelización para utilizar los distintos núcleos del procesador. El trabajo presentado en esta Tesis ha sido organizado en 8 capítulos, dedicándose el primero de ellos a la Introducción. En el Capítulo 2 se presentan dos formulaciones semirrecursivas diferentes, de las cuales la primera está basada en una doble transformación de velocidades, obteniéndose las ecuaciones diferenciales del movimiento en función de las aceleraciones relativas independientes. La integración numérica de estas ecuaciones se ha realizado con el método de Runge-Kutta explícito de cuarto orden. La segunda formulación está basada en coordenadas relativas dependientes, imponiendo las restricciones por medio de penalizadores en posición y corrigiendo las velocidades y aceleraciones mediante métodos de proyección. En este segundo caso la integración de las ecuaciones del movimiento se ha llevado a cabo mediante el integrador implícito HHT (Hilber, Hughes and Taylor), perteneciente a la familia de integradores estructurales de Newmark. En el Capítulo 3 se introduce la tercera formulación utilizada en esta Tesis. En este caso las uniones entre los sólidos del sistema se ha realizado mediante uniones flexibles, lo que obliga a imponer los pares por medio de fuerzas. Este tipo de uniones impide trabajar con coordenadas relativas, por lo que la posición del sistema y el planteamiento de las ecuaciones del movimiento se ha realizado utilizando coordenadas Cartesianas y parámetros de Euler. En esta formulación global se introducen las restricciones mediante fuerzas (con un planteamiento similar al de los penalizadores) y la estabilización del proceso de integración numérica se realiza también mediante proyecciones de velocidades y aceleraciones. En el Capítulo 4 se presenta una revisión de las principales herramientas y estrategias utilizadas para aumentar la eficiencia de las implementaciones de los distintos algoritmos. En primer lugar se incluye una serie de consideraciones básicas para aumentar la eficiencia numérica de las implementaciones. A continuación se mencionan las principales características de los analizadores de códigos utilizados y también las librerías matemáticas utilizadas para resolver los problemas de álgebra lineal tanto con matrices densas como sparse. Por último se desarrolla con un cierto detalle el tema de la paralelización en los actuales procesadores de varios núcleos, describiendo para ello el patrón empleado y las características más importantes de las dos herramientas propuestas, OpenMP y las TBB de Intel. Hay que señalar que las características de los sistemas multicuerpo problemas de pequeño tamaño, frecuente uso de la recursividad, y repetición intensiva en el tiempo de los cálculos con fuerte dependencia de los resultados anteriores dificultan extraordinariamente el uso de técnicas de paralelización frente a otras áreas de la mecánica computacional, tales como por ejemplo el cálculo por elementos finitos. Basándose en los conceptos mencionados en el Capítulo 4, el Capítulo 5 está dividido en tres secciones, una para cada formulación propuesta en esta Tesis. En cada una de estas secciones se describen los detalles de cómo se han realizado las distintas implementaciones propuestas para cada algoritmo y qué herramientas se han utilizado para ello. En la primera sección se muestra el uso de librerías numéricas para matrices densas y sparse en la formulación topológica semirrecursiva basada en la doble transformación de velocidades. En la segunda se describe la utilización de paralelización mediante OpenMP y TBB en la formulación semirrecursiva con penalizadores y proyecciones. Por último, se describe el uso de técnicas de matrices sparse y paralelización en la formulación global con uniones flexibles y parámetros de Euler. El Capítulo 6 describe los resultados alcanzados mediante las formulaciones e implementaciones descritas previamente. Este capítulo comienza con una descripción de la modelización y topología de los dos vehículos estudiados. El primer modelo es un vehículo de dos ejes del tipo chasis-cabina o furgoneta, perteneciente a la gama de vehículos de carga medianos. El segundo es un vehículo de cinco ejes que responde al modelo de un camión o cabina con semirremolque, perteneciente a la categoría de vehículos industriales pesados. En este capítulo además se realiza un estudio comparativo entre las simulaciones de estos vehículos con cada una de las formulaciones utilizadas y se presentan de modo cuantitativo los efectos de las mejoras alcanzadas con las distintas estrategias propuestas en esta Tesis. Con objeto de extraer conclusiones más fácilmente y para evaluar de un modo más objetivo las mejoras introducidas en la Tesis, todos los resultados de este capítulo se han obtenido con el mismo computador, que era el top de la gama Intel Xeon en 2007, pero que hoy día está ya algo obsoleto. Por último los Capítulos 7 y 8 están dedicados a las conclusiones finales y las futuras líneas de investigación que pueden derivar del trabajo realizado en esta Tesis. Los objetivos de realizar simulaciones en tiempo real de vehículos industriales de gran complejidad han sido alcanzados con varias de las formulaciones e implementaciones desarrolladas. ABSTRACT The objective of this Dissertation has been the achievement of real time simulations of industrial vehicles modeled as complex multibody systems made up by rigid bodies. For the development of a simulation program, four main aspects must be considered: the modeling of the multibody system (types of coordinates, ideal joints or imposed by means of forces), the formulation to be used to set the differential equations of motion (dependent or independent coordinates, global or topological methods, ways to impose constraints equations), the method of numerical integration to solve these equations in time (explicit or implicit integrators) and the details of the implementation carried out (programming language, mathematical libraries, parallelization techniques). These four stages are interrelated and all of them are part of this work. They involve the generation of models for a van and a semitrailer truck, the use of three different dynamic formulations, the integration of differential equations of motion through explicit and implicit methods, the use of BLAS functions and sparse matrix techniques, and the introduction of parallelization to use the different processor cores. The work presented in this Dissertation has been structured in eight chapters, the first of them being the Introduction. In Chapter 2, two different semi-recursive formulations are shown, of which the first one is based on a double velocity transformation, thus getting the differential equations of motion as a function of the independent relative accelerations. The numerical integration of these equations has been made with the Runge-Kutta explicit method of fourth order. The second formulation is based on dependent relative coordinates, imposing the constraints by means of position penalty coefficients and correcting the velocities and accelerations by projection methods. In this second case, the integration of the motion equations has been carried out by means of the HHT implicit integrator (Hilber, Hughes and Taylor), which belongs to the Newmark structural integrators family. In Chapter 3, the third formulation used in this Dissertation is presented. In this case, the joints between the bodies of the system have been considered as flexible joints, with forces used to impose the joint conditions. This kind of union hinders to work with relative coordinates, so the position of the system bodies and the setting of the equations of motion have been carried out using Cartesian coordinates and Euler parameters. In this global formulation, constraints are introduced through forces (with a similar approach to the penalty coefficients) are presented. The stabilization of the numerical integration is carried out also by velocity and accelerations projections. In Chapter 4, a revision of the main computer tools and strategies used to increase the efficiency of the implementations of the algorithms is presented. First of all, some basic considerations to increase the numerical efficiency of the implementations are included. Then the main characteristics of the code’ analyzers used and also the mathematical libraries used to solve linear algebra problems (both with dense and sparse matrices) are mentioned. Finally, the topic of parallelization in current multicore processors is developed thoroughly. For that, the pattern used and the most important characteristics of the tools proposed, OpenMP and Intel TBB, are described. It needs to be highlighted that the characteristics of multibody systems small size problems, frequent recursion use and intensive repetition along the time of the calculation with high dependencies of the previous results complicate extraordinarily the use of parallelization techniques against other computational mechanics areas, as the finite elements computation. Based on the concepts mentioned in Chapter 4, Chapter 5 is divided into three sections, one for each formulation proposed in this Dissertation. In each one of these sections, the details of how these different proposed implementations have been made for each algorithm and which tools have been used are described. In the first section, it is shown the use of numerical libraries for dense and sparse matrices in the semirecursive topological formulation based in the double velocity transformation. In the second one, the use of parallelization by means OpenMP and TBB is depicted in the semi-recursive formulation with penalization and projections. Lastly, the use of sparse matrices and parallelization techniques is described in the global formulation with flexible joints and Euler parameters. Chapter 6 depicts the achieved results through the formulations and implementations previously described. This chapter starts with a description of the modeling and topology of the two vehicles studied. The first model is a two-axle chassis-cabin or van like vehicle, which belongs to the range of medium charge vehicles. The second one is a five-axle vehicle belonging to the truck or cabin semi-trailer model, belonging to the heavy industrial vehicles category. In this chapter, a comparative study is done between the simulations of these vehicles with each one of the formulations used and the improvements achieved are presented in a quantitative way with the different strategies proposed in this Dissertation. With the aim of deducing the conclusions more easily and to evaluate in a more objective way the improvements introduced in the Dissertation, all the results of this chapter have been obtained with the same computer, which was the top one among the Intel Xeon range in 2007, but which is rather obsolete today. Finally, Chapters 7 and 8 are dedicated to the final conclusions and the future research projects that can be derived from the work presented in this Dissertation. The objectives of doing real time simulations in high complex industrial vehicles have been achieved with the formulations and implementations developed.

La Esgrima como enseñanza formal en las instituciones educativas públicas de Madrid. Del Real Seminario de Nobles al Instituto de Segunda Enseñanza Cardenal Cisneros (1725-1950).

En el presente trabajo de investigación se ha analizado la presencia de la Esgrima como materia de enseñanza dentro de diversas Instituciones educativas formales de Madrid, abarcando un rango temporal de 225 años (1725-1950). Para la realización de la investigación se elaboró un esquema de trabajo basado en la metodología de la investigación histórica, la historiografía. La búsqueda de la información se llevó a cabo, fundamentalmente en el Archivo Histórico Nacional el Archivo General de la Administración, el Archivo Regional de Madrid, el Archivo General de la Universidad Complutense de Madrid, el Archivo del Real Conservatorio Superior de Música de Madrid, el Archivo General de Palacio, el Archivo de la Villa y la Biblioteca Nacional. La investigación presentada abarca cinco Instituciones educativas en las que se estudia la presencia de la Esgrima como enseñanza formal, siendo estas el Real Seminario de Nobles de Madrid, la Escuela Central de Profesores y Profesoras de Gimnástica, el Real Conservatorio de Música y Declamación y los Institutos de Segunda Enseñanza del Cardenal Cisneros y de San Isidro. Se analizaron las diferentes Constituciones de formación, Planes de Estudios, Reglamentos Interinos de funcionamiento, Leyes de fundación, libros, Programas de asignaturas y todos aquellos documentos, tanto oficiales como internos de cada uno de los Centros tratados. Así mismo, se estudiaron las figuras de los Maestros encargados de impartir la Esgrima como materia formal en las diversas Instituciones, alcanzando la mayor relevancia D. Manuel Antonio de Brea, D. Francisco de la Macorra y Guijeño, D. Ángel Lancho Martín de la Fuente, D. Afrodisio Aparicio Aparicio y D. José Carbonell. De la investigación realizada se concluye la presencia de la Esgrima como una materia perfectamente sistematizada en cada uno de las Instituciones analizadas así como la importancia que alcanzaba la figura del Maestro de Esgrima en todas ellas, siendo en algunos casos “Maestro Mayor del Reyno” y en otros convirtiéndose en Catedráticos de Esgrima, al tiempo que todos ellos contaban con una titulación que les capacitaba para el ejercicio de su profesión. Así mismo encontramos la presencia de la mujer en una de las Instituciones, el Real Conservatorio de Música y Declamación, con los mismos derechos que sus compañeros varones para matricularse y estudiar la Esgrima. Los Maestros estudiados, fundamentalmente D. Ángel Lancho, D. Afrodisio Aparicio y D. José Carbonell, contribuyeron a popularizar la Esgrima y a su desarrollo como deporte, organizando torneos para sus alumnos y compitiendo ellos mismos en multitud de asaltos. A lo largo de los 225 años que abarca esta investigación, la Esgrima evolucionó de Destreza a Habilidad y más tarde a Deporte, sin perder en ningún momento su importancia, extendiéndose a sectores de la sociedad a los que nunca habría llegado de no ser por la labor de los Maestros de Esgrima encargados de su formación. ABSTRACT. In this research work, the presence of Fencing as an educational subject within different formal educational Institutions in Madrid, over a period of 225 years (1725-1950), has been analysed. In order to carry out this research, a work schedule was drawn up, based on the methods of the historical research, historiography. The search for the information was primarily carried out in the Archivo Historico Nacional, the Archivo General de la Administración, the Archivo Regional of Madrid, the Archivo General de la Universidad Complutense de Madrid, the Archivo del Real Conservatorio Superior de Música of Madrid, the Archivo General de Palacio, the Archivo de la Villa and the Biblioteca Nacional. The research presented covers five educational Institutions, where the presence of Fencing as a formal education is studied. These Institutions are: the Real Seminario de Nobles de Madrid, the Escuela Central de Profesores y Profesoras de Gimnástica, the Real Conservatorio de Música y Declamación and the Cardenal Cisneros and the San Isidro Secondary Schools. The different Academic formation, Syllabuses, Temporary working Regulations, founding Law, books, subject Plans and all the documents, official or internal, of each of the Centres dealt with, were analysed. Moreover, the roles of the Masters in charge of teaching Fencing as a formal subject in different Institutions were studied, and Mr. Manuel Antonio de Brea, Mr. Francisco de la Macorra y Guijeño, Mr. Ángel Lancho Martín de la Fuente, Mr. Afrodisio Aparicio Aparicio and Mr. José Carbonell were the most prominent. The conclusion of the research carried out, is that the presence of Fencing is a subject perfectly organised in each one of the Institutions analysed, as well as the importance that the role of the Fencing Master reached in every Institution, in some cases being “Maestro Mayor del Reyno” and in others becoming Fencing Professors, while all of them had a qualification that enabled them to practice their profession. Similarly, we can find the presence of women in one of the Institutions, the Real Conservatorio de Música y Declamación, where they had the same rights as her male classmates to enrol and study Fencing. The Fencing Masters who were studied, principally Mr. Ángel Lancho, Mr. Afrodisio Aparicio and Mr. José Carbonell, all contributed to making Fencing popular and also towards its development as a sport, by organising tournaments for their students and by competing themselves in a number of assaults. Over the 225 years which the research covers, Fencing evolved from Skill to Ability and later on to a Sport, without, at any moment, losing its importance, spreading to parts of society that it would never have reached if it were not for the work of the Fencing Masters in charge of teaching it.

La arquitectura residencial en El Real Sitio de El Pardo (1885 - 1965): Orígenes, tipos y configuración del trazado urbano

Tras la denominación de Real Sitio a mediados del siglo XVIII, bajo el reinado de Fernando VI, su sucesor Carlos III procedió a la incorporación a su Patrimonio de todos los Montes y Bosques de El Pardo. Comenzó entonces el proceso de planeamiento urbano y de construcción arquitectónica que finalizó en torno al año 1800. En lo sucesivo, no sólo se mantiene el curso de la conservación y consolidación de los edificios principales, sino que se realiza obra nueva de índole civil. Algunos edificios cambiaron de propiedad y de uso hasta que tras la Guerra Civil se procedió a la mayor transformación vivida por el Real Sitio. El intervalo que aquí se trata (1885 a 1965), no ha suscitado, en los estudios sobre El Pardo, atención suficiente al no acontecer obra nueva de carácter patrimonial ni ha sido objeto de análisis el trazado y la fisonomía del centro urbano residencial del pueblo que Carlos III configuró. Sin embargo se estima relevante analizar los cambios en la actividad residencial; en primer lugar porque coexiste con la arquitectura oficial y, por tanto, se entiende necesario un análisis global del conjunto y en segundo lugar porque facilita la comprensión sobre la imagen original de carácter histórico del conjunto de finales del siglo XVIII. Este marco temporal determina tres partes principales de estudio que estructuran la presente tesis, cuyas fechas establecen los intervalos históricos clave: Actuaciones sobre el núcleo urbano consolidado (1885-1931). Cese de la actividad constructiva (1931-1939). Propuestas regeneradoras y crecimiento acelerado (1939-1965). Dentro de ellos se establecen, a su vez, dos subcapítulos diferenciados con la finalidad de explicar los sucesos que pautaron los cambios trascendentales en la historia de El Pardo. En el estudio del estado de la cuestión se observa que en El Pardo, al igual que sucede en otros Reales Sitios, se investigan los edificios destacados como el Palacio, la Casita del Príncipe, la Casa de Oficios y la Casa de Infantes desde el punto de vista de su historia pero no desde la arquitectura ni de cómo esta afecta al desarrollo del trazado y por tanto al contexto urbano. Se manifiestan determinadas carencias de tratamiento gráfico que facilitarían la comprensión histórica mediante el análisis de la forma y cómo esta ha ido variando sustancialmente. El concepto de escala y orientación reordena el estudio, no sólo de estos edificios protagonistas sino de los que se entretejen a su alrededor y componen el conjunto histórico, lo cual aporta nuevas conclusiones al estado de la cuestión que aquí compete. El principal objetivo de la tesis es, por tanto, contribuir a la dimensión patrimonial mediante el estudio de la arquitectura residencial del pueblo de El Pardo y en cómo esta ha ido conformando y consolidando el entramado urbano original en torno a edificios de la realeza y corte. Analizar aquellos edificios que perduran, los que fueron reconstruidos, rehabilitados, y apuntar acontecimientos históricos que formularon la actual fisonomía. Sistematizar y reordenar sobre la traza actual los edificios que desaparecieron, nos da las pistas sobre las modificaciones en concepto de escala arquitectónica y urbana. El estudio de las fuentes y establecer una metodología de conexión de estas, ayuda a detectar dónde no se han dirigido aún los focos de interés así como las lagunas que han quedado por explorar con el fin de responder a nuevas hipótesis, conceder conclusiones y abrir otras líneas de investigación. Como conclusiones generales, la tesis aporta documentación nueva sobre el objeto de estudio, no solicitada, digitalizada o publicada con anterioridad. En ella se analizan los procesos de configuración, consolidación y transformación en el Real Sitio mediante la sistematización de estados comparativos. Con respecto al estudio de los diferentes contextos natural y urbano la tesis analiza cómo los accidentes naturales, el desarrollo de infraestructuras y el impulso de la agronomía afectaron a El Pardo a partir del siglo XIX, y estudia los procesos de configuración, consolidación y transformación en el Real Sitio mediante la sistematización de la documentación encontrada de manera gráfica y escrita. En relación al marco patrimonial arquitectónico, la tesis analiza los procesos edificatorios históricos. Se estudian, a su vez, cambios de ocupación o uso que derivaron en reformas, ampliaciones, obras de nueva planta e incluso en derribos, así como los proyectos no materializados o que se llevaron a cabo de manera parcial. Con respecto al análisis del momento histórico, la tesis analiza las posibles afectaciones, políticas, sociales y económicas en las etapas de Monarquía, Segunda República, Guerra Civil y Posguerra. Por último, la tesis abre cuatro vías de investigación (que ya se han tratado y avanzado en parte pero que escapan a los límites de este trabajo) que pueden plantear nuevas hipótesis, reportando así respuestas sobre objetos de estudio complementarios y paralelos al presente. Estas refieren a análisis más concretos sobre El Palacio Real de El Pardo y la Casa de Oficios, el Camino Real de Madrid a El Pardo desde la Puerta de Hierro, los cuarteles, puertas y portilleras del Monte de El Pardo y los proyectos desarrollados por el arquitecto Diego Méndez en los Reales Sitios para el Patrimonio Nacional. ABSTRACT Following the Royal Site denomination being granted in the mid-18th Century, during the reign of Ferdinand VI, his successor Charles III proceeded to include all the Forests and Woodlands of El Pardo in his heritage. That then gave rise to the process of town planning and architectural construction that was completed around 1800. Thereafter, not only the process of conservation and consolidation of the main buildings has been maintained, but new civil engineering works have also been carried out. Some buildings changed ownership and use until, after the Civil War, the greatest transformation experienced by the Royal Site was undertaken. The time frame this paper concerns (1885 to 1965), has not attracted sufficient attention in studies of El Pardo due to there having been no new works with heritage status, nor has there been an analysis of the layout and external appearance of the residential centre in the town once conceived by Charles III. However, it is considered relevant to analyse the changes in residential activity, firstly, because it coexists with the official architecture and, thus, it is considered necessary to perform a global analysis of the complex and, secondly, because it facilitates a historical understanding of the original appearance of the complex at the end of the 18th Century. This time framework defines three main parts of the study that provide the structure of this thesis, the dates of which establish the key historical time frames: Actions in the consolidated town centre (1885-1931). Cessation of construction works (1931-1939). Proposals of regeneration and accelerated growth (1939-1965). Two distinct sub-chapters are also established within these, in order to explain the events that marked the transcendental changes in the history of El Pardo. When studying the subject matter, it is noted that in El Pardo, as is the case in other Royal Sites, outstanding buildings such as the Palace, the Prince's Cottage, the Trades House and the Infantes House are usually researched strictly from the point of view of their history, but not from an architectural perspective, nor analysing how that affects the development of the site layout and thus the urban area. Specific shortcomings are evident in the graphic treatment that would have otherwise facilitated a historical understanding through the analysis of the shape and the way it has gradually undergone substantial variation. The concept of scale and orientation reorganises the study, not only of these key buildings, but also of those that are woven around them and make up the historic complex, allowing entirely new conclusions concerning the subject matter analysed herein. Therefore, the main purpose of this thesis is to outline our heritage through the study of the residential architecture of the town of El Pardo and the analysis of the way the original town has been built up and consolidated around the buildings erected by royalty and the court; to analyse the buildings that still remain, those that were rebuilt, refurbished, and to note historic events that shaped its current appearance. To this end, a systematic classification and reorganisation on the current urban layout of the buildings that have disappeared will give us the key to understand changes in the concept of architectural and urban scale. Studying the sources and establishing a methodology to connect them will help us detect those areas where the focus of interest has not concentrated yet, and will also reveal the gaps that remain unexplored, in order to respond to new hypotheses, reach new conclusions and open up new lines of research. As general conclusions, this thesis provides new documentation on the subject matter that had not been requested, digitized or published before. There we find an analysis of the processes of configuration, consolidation and transformation of the Royal Site through a systematic classification of comparative states. With regard to the study of the multiple natural and urban environments, this thesis analyses the way natural features, development of infrastructures and agricultural driving forces affected El Pardo as of the 19th Century, and it studies the processes of configuration, consolidation and transformation of the Royal Site by systematically classifying the documentation found in graphic and written documents. In relation to the architectural heritage framework, this thesis analyses historical building processes. Likewise, a study is also performed on the changes in land occupation or use that led to reforms, extensions, new buildings and even to demolitions, as well as on unrealized projects, or even on those that were partially implemented. As for the analysis of the historical time period, this thesis assesses the potential political, social and economic effects of the Monarchy, Second Republic, Civil War and Post-War Periods. Finally, this thesis opens up four lines of investigation (that have already been discussed and partially advanced, but which fall beyond the scope of this work) that could pose new hypotheses, thus giving answer to other subject matters parallel and complementary to the one assessed herein. These refer to more specific analyses of El Palacio Real de El Pardo (Royal Palace of El Pardo) and the Casa de Oficios (Trades House), the Royal Highway from Madrid to El Pardo from Puerta de Hierro, the barracks, gates and entrances to estates in the Woodlands of El Pardo and the projects developed on the Royal Sites by the architect Diego Méndez for the National Heritage.

Modelling of chloride penetration into non-saturated concrete: Case study application for real marine off shore structures

The aim of this paper is to explain the chloride concentration profiles obtained experimentally from control samples of an offshore platform after 25 years of service life. The platform is located 12 km off the coast of the Brazilian province Rio Grande do Norte, in the north-east of Brazil. The samples were extracted at different orientations and heights above mean sea level. A simple model based on Fick’s second law is considered and compared with a finite element model which takes into account transport of chloride ions by diffusion and convection. Results show that convective flows significantly affect the studied chloride penetrations. The convection velocity is obtained by fitting the finite element solution to the experimental data and seems to be directly proportional to the height above mean sea level and also seems to depend on the orientation of the face of the platform. This work shows that considering solely diffusion as transport mechanism does not allow a good prediction of the chloride profiles. Accounting for capillary suction due to moisture gradients permits a better interpretation of the material’s behaviour.

Real-time determination of airspace wind speed field based on FDR = Determinación en tiempo real del campo de velocidad del viento basado en registradores de datos de vuelo

El estudio del comportamiento de la atmósfera ha resultado de especial importancia tanto en el programa SESAR como en NextGen, en los que la gestión actual del tránsito aéreo (ATM) está experimentando una profunda transformación hacia nuevos paradigmas tanto en Europa como en los EE.UU., respectivamente, para el guiado y seguimiento de las aeronaves en la realización de rutas más eficientes y con mayor precisión. La incertidumbre es una característica fundamental de los fenómenos meteorológicos que se transfiere a la separación de las aeronaves, las trayectorias de vuelo libres de conflictos y a la planificación de vuelos. En este sentido, el viento es un factor clave en cuanto a la predicción de la futura posición de la aeronave, por lo que tener un conocimiento más profundo y preciso de campo de viento reducirá las incertidumbres del ATC. El objetivo de esta tesis es el desarrollo de una nueva técnica operativa y útil destinada a proporcionar de forma adecuada y directa el campo de viento atmosférico en tiempo real, basada en datos de a bordo de la aeronave, con el fin de mejorar la predicción de las trayectorias de las aeronaves. Para lograr este objetivo se ha realizado el siguiente trabajo. Se han descrito y analizado los diferentes sistemas de la aeronave que proporcionan las variables necesarias para obtener la velocidad del viento, así como de las capacidades que permiten la presentación de esta información para sus aplicaciones en la gestión del tráfico aéreo. Se ha explorado el uso de aeronaves como los sensores de viento en un área terminal para la estimación del viento en tiempo real con el fin de mejorar la predicción de las trayectorias de aeronaves. Se han desarrollado métodos computacionalmente eficientes para estimar las componentes horizontales de la velocidad del viento a partir de las velocidades de las aeronaves (VGS, VCAS/VTAS), la presión y datos de temperatura. Estos datos de viento se han utilizado para estimar el campo de viento en tiempo real utilizando un sistema de procesamiento de datos a través de un método de mínima varianza. Por último, se ha evaluado la exactitud de este procedimiento para que esta información sea útil para el control del tráfico aéreo. La información inicial proviene de una muestra de datos de Registradores de Datos de Vuelo (FDR) de aviones que aterrizaron en el aeropuerto Madrid-Barajas. Se dispuso de datos de ciertas aeronaves durante un periodo de más de tres meses que se emplearon para calcular el vector viento en cada punto del espacio aéreo. Se utilizó un modelo matemático basado en diferentes métodos de interpolación para obtener los vectores de viento en áreas sin datos disponibles. Se han utilizado tres escenarios concretos para validar dos métodos de interpolación: uno de dos dimensiones que trabaja con ambas componentes horizontales de forma independiente, y otro basado en el uso de una variable compleja que relaciona ambas componentes. Esos métodos se han probado en diferentes escenarios con resultados dispares. Esta metodología se ha aplicado en un prototipo de herramienta en MATLAB © para analizar automáticamente los datos de FDR y determinar el campo vectorial del viento que encuentra la aeronave al volar en el espacio aéreo en estudio. Finalmente se han obtenido las condiciones requeridas y la precisión de los resultados para este modelo. El método desarrollado podría utilizar los datos de los aviones comerciales como inputs utilizando los datos actualmente disponibles y la capacidad computacional, para proporcionárselos a los sistemas ATM donde se podría ejecutar el método propuesto. Estas velocidades del viento calculadas, o bien la velocidad respecto al suelo y la velocidad verdadera, se podrían difundir, por ejemplo, a través del sistema de direccionamiento e informe para comunicaciones de aeronaves (ACARS), mensajes de ADS-B o Modo S. Esta nueva fuente ayudaría a actualizar la información del viento suministrada en los productos aeronáuticos meteorológicos (PAM), informes meteorológicos de aeródromos (AIRMET), e información meteorológica significativa (SIGMET). ABSTRACT The study of the atmosphere behaviour is been of particular importance both in SESAR and NextGen programs, where the current air traffic management (ATM) system is undergoing a profound transformation to the new paradigms both in Europe and the USA, respectively, to guide and track aircraft more precisely on more efficient routes. Uncertainty is a fundamental characteristic of weather phenomena which is transferred to separation assurance, flight path de-confliction and flight planning applications. In this respect, the wind is a key factor regarding the prediction of the future position of the aircraft, so that having a deeper and accurate knowledge of wind field will reduce ATC uncertainties. The purpose of this thesis is to develop a new and operationally useful technique intended to provide adequate and direct real-time atmospheric winds fields based on on-board aircraft data, in order to improve aircraft trajectory prediction. In order to achieve this objective the following work has been accomplished. The different sources in the aircraft systems that provide the variables needed to derivate the wind velocity have been described and analysed, as well as the capabilities which allow presenting this information for air traffic management applications. The use of aircraft as wind sensors in a terminal area for real-time wind estimation in order to improve aircraft trajectory prediction has been explored. Computationally efficient methods have been developed to estimate horizontal wind components from aircraft velocities (VGS, VCAS/VTAS), pressure, and temperature data. These wind data were utilized to estimate a real-time wind field using a data processing approach through a minimum variance method. Finally, the accuracy of this procedure has been evaluated for this information to be useful to air traffic control. The initial information comes from a Flight Data Recorder (FDR) sample of aircraft landing in Madrid-Barajas Airport. Data available for more than three months were exploited in order to derive the wind vector field in each point of the airspace. Mathematical model based on different interpolation methods were used in order to obtain wind vectors in void areas. Three particular scenarios were employed to test two interpolation methods: a two-dimensional one that works with both horizontal components in an independent way, and also a complex variable formulation that links both components. Those methods were tested using various scenarios with dissimilar results. This methodology has been implemented in a prototype tool in MATLAB © in order to automatically analyse FDR and determine the wind vector field that aircraft encounter when flying in the studied airspace. Required conditions and accuracy of the results were derived for this model. The method developed could be fed by commercial aircraft utilizing their currently available data sources and computational capabilities, and providing them to ATM system where the proposed method could be run. Computed wind velocities, or ground and true airspeeds, would then be broadcasted, for example, via the Aircraft Communication Addressing and Reporting System (ACARS), ADS-B out messages, or Mode S. This new source would help updating the wind information furnished in meteorological aeronautical products (PAM), meteorological aerodrome reports (AIRMET), and significant meteorological information (SIGMET).

Three-dimensional mapping of real environments for cognitive robots navigation

Abstract The development of cognitive robots needs a strong “sensorial” support which should allow it to perceive the real world for interacting with it properly. Therefore the development of efficient visual-processing software to be equipped in effective artificial agents is a must. In this project we study and develop a visual-processing software that will work as the “eyes” of a cognitive robot. This software performs a three-dimensional mapping of the robot’s environment, providing it with the essential information required to make proper decisions during its navigation. Due to the complexity of this objective we have adopted the Scrum methodology in order to achieve an agile development process, which has allowed us to correct and improve in a fast way the successive versions of the product. The present project is structured in Sprints, which cover the different stages of the software development based on the requirements imposed by the robot and its real necessities. We have initially explored different commercial devices oriented to the acquisition of the required visual information, adopting the Kinect Sensor camera (Microsoft) as the most suitable option. Later on, we have studied the available software to manage the obtained visual information as well as its integration with the robot’s software, choosing the high-level platform Matlab as the common nexus to join the management of the camera, the management of the robot and the implementation of the behavioral algorithms. During the last stages the software has been developed to include the fundamental functionalities required to process the real environment, such as depth representation, segmentation, and clustering. Finally the software has been optimized to exhibit real-time processing and a suitable performance to fulfill the robot’s requirements during its operation in real situations.