Translating bus information into sign language for deaf people

This paper describes the application of language translation technologies for generating bus information in Spanish Sign Language (LSE: Lengua de Signos Española). In this work, two main systems have been developed: the first for translating text messages from information panels and the second for translating spoken Spanish into natural conversations at the information point of the bus company. Both systems are made up of a natural language translator (for converting a word sentence into a sequence of LSE signs), and a 3D avatar animation module (for playing back the signs). For the natural language translator, two technological approaches have been analyzed and integrated: an example-based strategy and a statistical translator. When translating spoken utterances, it is also necessary to incorporate a speech recognizer for decoding the spoken utterance into a word sequence, prior to the language translation module. This paper includes a detailed description of the field evaluation carried out in this domain. This evaluation has been carried out at the customer information office in Madrid involving both real bus company employees and deaf people. The evaluation includes objective measurements from the system and information from questionnaires. In the field evaluation, the whole translation presents an SER (Sign Error Rate) of less than 10% and a BLEU greater than 90%.

MultiFarm: A benchmark for multilingual ontology matching

In this paper we present the MultiFarm dataset, which has been designed as a benchmark for multilingual ontology matching. The MultiFarm dataset is composed of a set of ontologies translated in different languages and the corresponding alignments between these ontologies. It is based on the OntoFarm dataset, which has been used successfully for several years in the Ontology Alignment Evaluation Initiative (OAEI). By translating the ontologies of the OntoFarm dataset into eight different languages – Chinese, Czech, Dutch, French, German, Portuguese, Russian, and Spanish – we created a comprehensive set of realistic test cases. Based on these test cases, it is possible to evaluate and compare the performance of matching approaches with a special focus on multilingualism.

Model-to-Code transformation from product-line architecture models to aspectJ

Software Product Line Engineering has significant advantages in family-based software development. The common and variable structure for all products of a family is defined through a Product-Line Architecture (PLA) that consists of a common set of reusable components and connectors which can be configured to build the different products. The design of PLA requires solutions for capturing such configuration (variability). The Flexible-PLA Model is a solution that supports the specification of external variability of the PLA configuration, as well as internal variability of components. However, a complete support for product-line development requires translating architecture specifications into code. This complex task needs automation to avoid human error. Since Model-Driven Development allows automatic code generation from models, this paper presents a solution to automatically generate AspectJ code from Flexible-PLA models previously configured to derive specific products. This solution is supported by a modeling framework and validated in a software factory.

A formalism and method for representing and reasoning with process models authored by subject matter experts

Enabling Subject Matter Experts (SMEs) to formulate knowledge without the intervention of Knowledge Engineers (KEs) requires providing SMEs with methods and tools that abstract the underlying knowledge representation and allow them to focus on modeling activities. Bridging the gap between SME-authored models and their representation is challenging, especially in the case of complex knowledge types like processes, where aspects like frame management, data, and control flow need to be addressed. In this paper, we describe how SME-authored process models can be provided with an operational semantics and grounded in a knowledge representation language like F-logic in order to support process-related reasoning. The main results of this work include a formalism for process representation and a mechanism for automatically translating process diagrams into executable code following such formalism. From all the process models authored by SMEs during evaluation 82% were well-formed, all of which executed correctly. Additionally, the two optimizations applied to the code generation mechanism produced a performance improvement at reasoning time of 25% and 30% with respect to the base case, respectively.

Diseño, desarrollo y evaluación de sistemas de traducción automática para reducir las barreras de comunicación de las personas sordas

La principal aportación de esta tesis doctoral ha sido la propuesta y evaluación de un sistema de traducción automática que permite la comunicación entre personas oyentes y sordas. Este sistema está formado a su vez por dos sistemas: un traductor de habla en español a Lengua de Signos Española (LSE) escrita y que posteriormente se representa mediante un agente animado; y un generador de habla en español a partir de una secuencia de signos escritos mediante glosas. El primero de ellos consta de un reconocedor de habla, un módulo de traducción entre lenguas y un agente animado que representa los signos en LSE. El segundo sistema está formado por una interfaz gráfica donde se puede especificar una secuencia de signos mediante glosas (palabras en mayúscula que representan los signos), un módulo de traducción entre lenguas y un conversor texto-habla. Para el desarrollo del sistema de traducción, en primer lugar se ha generado un corpus paralelo de 7696 frases en español con sus correspondientes traducciones a LSE. Estas frases pertenecen a cuatro dominios de aplicación distintos: la renovación del Documento Nacional de Identidad, la renovación del permiso de conducir, un servicio de información de autobuses urbanos y la recepción de un hotel. Además, se ha generado una base de datos con más de 1000 signos almacenados en cuatro sistemas distintos de signo-escritura. En segundo lugar, se ha desarrollado un módulo de traducción automática que integra dos técnicas de traducción con una estructura jerárquica: la primera basada en memoria y la segunda estadística. Además, se ha implementado un módulo de pre-procesamiento de las frases en español que, mediante su incorporación al módulo de traducción estadística, permite mejorar significativamente la tasa de traducción. En esta tesis también se ha mejorado la versión de la interfaz de traducción de LSE a habla. Por un lado, se han incorporado nuevas características que mejoran su usabilidad y, por otro, se ha integrado un traductor de lenguaje SMS (Short Message Service – Servicio de Mensajes Cortos) a español, que permite especificar la secuencia a traducir en lenguaje SMS, además de mediante una secuencia de glosas. El sistema de traducción propuesto se ha evaluado con usuarios reales en dos dominios de aplicación: un servicio de información de autobuses de la Empresa Municipal de Transportes de Madrid y la recepción del Hotel Intur Palacio San Martín de Madrid. En la evaluación estuvieron implicadas personas sordas y empleados de los dos servicios. Se extrajeron medidas objetivas (obtenidas por el sistema automáticamente) y subjetivas (mediante cuestionarios a los usuarios). Los resultados fueron muy positivos gracias a la opinión de los usuarios de la evaluación, que validaron el funcionamiento del sistema de traducción y dieron información valiosa para futuras líneas de trabajo. Por otro lado, tras la integración de cada uno de los módulos de los dos sistemas de traducción (habla-LSE y LSE-habla), los resultados de la evaluación y la experiencia adquirida en todo el proceso, una aportación importante de esta tesis doctoral es la propuesta de metodología de desarrollo de sistemas de traducción de habla a lengua de signos en los dos sentidos de la comunicación. En esta metodología se detallan los pasos a seguir para desarrollar el sistema de traducción para un nuevo dominio de aplicación. Además, la metodología describe cómo diseñar cada uno de los módulos del sistema para mejorar su flexibilidad, de manera que resulte más sencillo adaptar el sistema desarrollado a un nuevo dominio de aplicación. Finalmente, en esta tesis se analizan algunas técnicas para seleccionar las frases de un corpus paralelo fuera de dominio para entrenar el modelo de traducción cuando se quieren traducir frases de un nuevo dominio de aplicación; así como técnicas para seleccionar qué frases del nuevo dominio resultan más interesantes que traduzcan los expertos en LSE para entrenar el modelo de traducción. El objetivo es conseguir una buena tasa de traducción con la menor cantidad posible de frases. ABSTRACT The main contribution of this thesis has been the proposal and evaluation of an automatic translation system for improving the communication between hearing and deaf people. This system is made up of two systems: a Spanish into Spanish Sign Language (LSE – Lengua de Signos Española) translator and a Spanish generator from LSE sign sequences. The first one consists of a speech recognizer, a language translation module and an avatar that represents the sign sequence. The second one is made up an interface for specifying the sign sequence, a language translation module and a text-to-speech conversor. For the translation system development, firstly, a parallel corpus has been generated with 7,696 Spanish sentences and their LSE translations. These sentences are related to four different application domains: the renewal of the Identity Document, the renewal of the driver license, a bus information service and a hotel reception. Moreover, a sign database has been generated with more than 1,000 signs described in four different signwriting systems. Secondly, it has been developed an automatic translation module that integrates two translation techniques in a hierarchical structure: the first one is a memory-based technique and the second one is statistical. Furthermore, a pre processing module for the Spanish sentences has been implemented. By incorporating this pre processing module into the statistical translation module, the accuracy of the translation module improves significantly. In this thesis, the LSE into speech translation interface has been improved. On the one hand, new characteristics that improve its usability have been incorporated and, on the other hand, a SMS language into Spanish translator has been integrated, that lets specifying in SMS language the sequence to translate, besides by specifying a sign sequence. The proposed translation system has been evaluated in two application domains: a bus information service of the Empresa Municipal de Transportes of Madrid and the Hotel Intur Palacio San Martín reception. This evaluation has involved both deaf people and services employees. Objective measurements (given automatically by the system) and subjective measurements (given by user questionnaires) were extracted during the evaluation. Results have been very positive, thanks to the user opinions during the evaluation that validated the system performance and gave important information for future work. Finally, after the integration of each module of the two translation systems (speech- LSE and LSE-speech), obtaining the evaluation results and considering the experience throughout the process, a methodology for developing speech into sign language (and vice versa) into a new domain has been proposed in this thesis. This methodology includes the steps to follow for developing the translation system in a new application domain. Moreover, this methodology proposes the way to improve the flexibility of each system module, so that the adaptation of the system to a new application domain can be easier. On the other hand, some techniques are analyzed for selecting the out-of-domain parallel corpus sentences in order to train the translation module in a new domain; as well as techniques for selecting which in-domain sentences are more interesting for translating them (by LSE experts) in order to train the translation model.

Engineering privacy requirements valuable lessons from another realm

The Privacy by Design approach to systems engineering introduces privacy requirements in the early stages of development, instead of patching up a built system afterwards. However, 'vague', 'disconnected from technology', or 'aspirational' are some terms employed nowadays to refer to the privacy principles which must lead the development process. Although privacy has become a first-class citizen in the realm of non-functional requirements and some methodological frameworks help developers by providing design guidance, software engineers often miss a solid reference detailing which specific, technical requirements they must abide by, and a systematic methodology to follow. In this position paper, we look into a domain that has already successfully tackled these problems -web accessibility-, and propose translating their findings into the realm of privacy requirements engineering, analyzing as well the gaps not yet covered by current privacy initiatives.

Cognitive risk perception system for obstacle avoidance in outdoor mUAV missions

La robótica ha evolucionado exponencialmente en las últimas décadas, permitiendo a los sistemas actuales realizar tareas sumamente complejas con gran precisión, fiabilidad y velocidad. Sin embargo, este desarrollo ha estado asociado a un mayor grado de especialización y particularización de las tecnologías implicadas, siendo estas muy eficientes en situaciones concretas y controladas, pero incapaces en entornos cambiantes, dinámicos y desestructurados. Por eso, el desarrollo de la robótica debe pasar por dotar a los sistemas de capacidad de adaptación a las circunstancias, de entendedimiento sobre los cambios observados y de flexibilidad a la hora de interactuar con el entorno. Estas son las caracteristicas propias de la interacción del ser humano con su entorno, las que le permiten sobrevivir y las que pueden proporcionar a un sistema inteligencia y capacidad suficientes para desenvolverse en un entorno real de forma autónoma e independiente. Esta adaptabilidad es especialmente importante en el manejo de riesgos e incetidumbres, puesto que es el mecanismo que permite contextualizar y evaluar las amenazas para proporcionar una respuesta adecuada. Así, por ejemplo, cuando una persona se mueve e interactua con su entorno, no evalúa los obstáculos en función de su posición, velocidad o dinámica (como hacen los sistemas robóticos tradicionales), sino mediante la estimación del riesgo potencial que estos elementos suponen para la persona. Esta evaluación se consigue combinando dos procesos psicofísicos del ser humano: por un lado, la percepción humana analiza los elementos relevantes del entorno, tratando de entender su naturaleza a partir de patrones de comportamiento, propiedades asociadas u otros rasgos distintivos. Por otro lado, como segundo nivel de evaluación, el entendimiento de esta naturaleza permite al ser humano conocer/estimar la relación de los elementos con él mismo, así como sus implicaciones en cuanto a nivel de riesgo se refiere. El establecimiento de estas relaciones semánticas -llamado cognición- es la única forma de definir el nivel de riesgo de manera absoluta y de generar una respuesta adecuada al mismo. No necesariamente proporcional, sino coherente con el riesgo al que se enfrenta. La investigación que presenta esta tesis describe el trabajo realizado para trasladar esta metodología de análisis y funcionamiento a la robótica. Este se ha centrado especialmente en la nevegación de los robots aéreos, diseñando e implementado procedimientos de inspiración humana para garantizar la seguridad de la misma. Para ello se han estudiado y evaluado los mecanismos de percepción, cognición y reacción humanas en relación al manejo de riesgos. También se ha analizado como los estímulos son capturados, procesados y transformados por condicionantes psicológicos, sociológicos y antropológicos de los seres humanos. Finalmente, también se ha analizado como estos factores motivan y descandenan las reacciones humanas frente a los peligros. Como resultado de este estudio, todos estos procesos, comportamientos y condicionantes de la conducta humana se han reproducido en un framework que se ha estructurado basadandose en factores análogos. Este emplea el conocimiento obtenido experimentalmente en forma de algoritmos, técnicas y estrategias, emulando el comportamiento humano en las mismas circunstancias. Diseñado, implementeado y validado tanto en simulación como con datos reales, este framework propone una manera innovadora -tanto en metodología como en procedimiento- de entender y reaccionar frente a las amenazas potenciales de una misión robótica. ABSTRACT Robotics has undergone a great revolution in the last decades. Nowadays this technology is able to perform really complex tasks with a high degree of accuracy and speed, however this is only true in precisely defined situations with fully controlled variables. Since the real world is dynamic, changing and unstructured, flexible and non context-dependent systems are required. The ability to understand situations, acknowledge changes and balance reactions is required by robots to successfully interact with their surroundings in a fully autonomous fashion. In fact, it is those very processes that define human interactions with the environment. Social relationships, driving or risk/incertitude management... in all these activities and systems, context understanding and adaptability are what allow human beings to survive: contrarily to the traditional robotics, people do not evaluate obstacles according to their position but according to the potential risk their presence imply. In this sense, human perception looks for information which goes beyond location, speed and dynamics (the usual data used in traditional obstacle avoidance systems). Specific features in the behaviour of a particular element allows the understanding of that element’s nature and therefore the comprehension of the risk posed by it. This process defines the second main difference between traditional obstacle avoidance systems and human behaviour: the ability to understand a situation/scenario allows to get to know the implications of the elements and their relationship with the observer. Establishing these semantic relationships -named cognition- is the only way to estimate the actual danger level of an element. Furthermore, only the application of this knowledge allows the generation of coherent, suitable and adjusted responses to deal with any risk faced. The research presented in this thesis summarizes the work done towards translating these human cognitive/reasoning procedures to the field of robotics. More specifically, the work done has been focused on employing human-based methodologies to enable aerial robots to navigate safely. To this effect, human perception, cognition and reaction processes concerning risk management have been experimentally studied; as well as the acquisition and processing of stimuli. How psychological, sociological and anthropological factors modify, balance and give shape to those stimuli has been researched. And finally, the way in which these factors motivate the human behaviour according to different mindsets and priorities has been established. This associative workflow has been reproduced by establishing an equivalent structure and defining similar factors and sources. Besides, all the knowledge obtained experimentally has been applied in the form of algorithms, techniques and strategies which emulate the analogous human behaviours. As a result, a framework capable of understanding and reacting in response to stimuli has been implemented and validated.

Methodology for developing an advanced communications system for the Deaf in a new domain

A methodology for developing an advanced communications system for the Deaf in a new domain is presented in this paper. This methodology is a user-centred design approach consisting of four main steps: requirement analysis, parallel corpus generation, technology adaptation to the new domain, and finally, system evaluation. During the requirement analysis, both the user and technical requirements are evaluated and defined. For generating the parallel corpus, it is necessary to collect Spanish sentences in the new domain and translate them into LSE (Lengua de Signos Española: Spanish Sign Language). LSE is represented by glosses and using video recordings. This corpus is used for training the two main modules of the advanced communications system to the new domain: the spoken Spanish into the LSE translation module and the Spanish generation from the LSE module. The main aspects to be generated are the vocabularies for both languages (Spanish words and signs), and the knowledge for translating in both directions. Finally, the field evaluation is carried out with deaf people using the advanced communications system to interact with hearing people in several scenarios. In this evaluation, the paper proposes several objective and subjective measurements for evaluating the performance. In this paper, the new considered domain is about dialogues in a hotel reception. Using this methodology, the system was developed in several months, obtaining very good performance: good translation rates (10% Sign Error Rate) with small processing times, allowing face-to-face dialogues.

Corteza y gravedad: el plano del suelo como estrategia en la arquitectura contemporánea

Es, en el encuentro de los edificios con el terreno, donde el suelo como realidad se transforma en cualidad arquitectónica. La presente tesis aborda el estudio del plano del suelo, haciendo una revisión crítica de la arquitectura como mecanismo de pensamiento proyectual. Este análisis se enmarca a partir de los años sesenta, por considerar que es cuando comienza a evidenciarse la ruptura respecto a la herencia del Movimiento Moderno. Es entonces cuando la arquitectura marca un punto de inflexión, y empiezan a surgir diferentes actitudes metodológicas respecto al suelo, totalmente nuevas. Las clásicas acciones de encuentro como posar, elevar o enterrar fueron poco a poco sustituidas por otras más complejas como plegar, inclinar o esponjar. Utilizando como marco de restricción los encuentros o desencuentros del objeto arquitectónico con el terreno, se analiza el suelo como estrategia arquitectónica tratando de demostrar como su manipulación puede ser una eficaz herramienta con la que establecer relaciones específicas con el lugar. La capacidad que presenta el suelo, como elemento arquitectónico, de explorar y modificar las características de cada entorno, hacen de esta superficie una eficiente forma de contextualización. Por tanto, la manipulación del suelo que aquí se plantea, opera transcodificando los elementos específicos de cada lugar y actúa como estrategia arquitectónica que pone en relación al edificio con el contexto, modificando las particularidades formales de dicho plano. Frente a la tendencia que reduce la expresión arquitectónica a una simple apariencia formal autónoma, se plantea la manipulación del plano del suelo como mecanismo de enraizamiento con el lugar, enfatizando para ello la condición terrestre de la arquitectura. El plano del suelo es el que ata al edificio mediante la gravedad a la corteza terrestre. En realidad se trata de realzar el carácter mediador del suelo en la arquitectura, definiendo para ello el establecimiento de elementos comunes entre realidades distintas, potenciando el valor del suelo como herramienta que puede transcodificar el entorno, trasformando su datos en elementos arquitectónicos concretos. En este proceso de traducción de información, el suelo pasa de ser un objeto pasivo a ser uno operativo, convirtiéndose en parte activa de las acciones que sobre él se ejercen. La tesis tiene también como propósito demostrar cómo, la clave de la rápida evolución que el suelo como estrategia arquitectónica ha sufrido en los últimos años, mucho debe a la expansión del suelo en otras artes como en la escultura, y mas concretamente en el landart. Surgen entonces nuevas disciplinas, en las que se propone la comprensión del lugar en los proyectos desarrollando una visión integral del mundo natural, convirtiéndolo en un tejido viviente y conector que pone en relación las actividades que sustenta. También encontramos en Utzon, y sus plataformas geológicas, al precursor de la importancia que más tarde se le daría al plano del suelo en la arquitectura, ya que inicia cierta actitud crítica, que hizo avanzar hacia una arquitectura más expresiva que requería nuevos mecanismos que la relacionasen con el suelo que los soportaba, proponiendo con sus plataformas una transformación infraestructural del suelo. Con su interpretación transcultural de las estructuras espaciales arquetípicas mayas, chinas y japonesas, irá enriqueciendo el panorama arquitectónico, adquiriendo de este modo más valor el contexto que acabará por ser entendido de forma más compleja. Los proyectos de arquitectura en muchas ocasiones se han convertido en territorios propicios de especulación donde construir teoría arquitectónica. Desde este contexto se analizan cuatro estrategias de suelo a través del estudio de cuatro posiciones arquitectónicas muy significativas desde el punto de vista de la manipulación del plano del suelo, que construyen una interesante metodología proyectual con la que operar. Los casos de estudio, propuestos son; la Terminal Pasajeros (1996-2002) en Yokohama del estudio FOA, la Casa de la Música (1999-2005) de OMA en Oporto, el Memorial Judío (1998-2005) de Berlín de Peter Eisenman, y por último el Museo MAXXI (1998-2009) de Zaha Hadid en Roma. Descubrir las reglas, referencias y metodologías que cada uno nos propone, nos permite descubrir cuáles son los principales posicionamientos en relación al proyecto y su relación con el lugar. Las propuestas aquí expuestas abordan una nueva forma de entender el suelo, que hizo avanzar a la arquitectura hacia nuevos modos de encuentro con el terreno. Nos permite también establecer cuáles son las principales aportaciones arquitectónicas del suelo, como estrategia arquitectónica, que han derivado en su reformulación. Dichas contribuciones abren nuevas formas de abordar la arquitectura basadas en el movimiento y en la flexibilidad funcional, o en la superposición de flujos de información y circulación. También plantean nuevas vías desdibujando la figura contra el fondo, y refuerzan la idea del suelo como plataforma infraestructural que ya había sido enunciada por Utzon. Se trata en definitiva de proponer la exploración de la superficie del suelo como el elemento más revelador de las formas emergentes del espacio. ABSTRACT Where the building hits the ground, it is where the latter as reality becomes architectural quality. This thesis presents the study of the ground plane, making a critical review of architecture as a mechanism of projectual thought. This analysis starts from the sixties, because it is when the break begins to be demonstrated with regard to the inheritance of the Modern Movement. It is then when architecture marks a point of inflexion, and different, completely new methodological attitudes to the ground start to emerge. The classic meeting action like place, raise or bury are gradually replaced by more complex operations such as fold, bend or fluff up. Framing it within the meetings or disagreements between architectural object and ground, we analyzed it as architectural strategy trying to show how handling can be an effective tool to establish a specific relationship with the place. The capacity ground has, as an architectural element, to explore and modify the characteristics of each environment, makes this area an efficient tool for contextualization. Therefore, the manipulation of ground that is analyzed here, operates transcoding the specifics of each place and acts as architectural strategy that relates to the building with the context, modifying the structural peculiarities of such plane. Opposite to the reductive tendency of the architectural expression to a simple formal autonomous appearance, the manipulation of the ground plane is considered as a rooting mechanism place that emphasises the earthly condition of architecture. The ground plane is the one that binds the building by gravity to the earth’s crust. In fact, it tries to study the mediating character of the ground in architecture, defining for it to establish commonalities among different realities, enhancing the value of the ground as a tool that can transcode the environment, transforming its data into specific architectural elements. In this process of translating information, the ground goes from being a liability, to become active part of the actions exerted on the object. The thesis also tries to demonstrate how the key of the rapid evolution that the ground likes architectural strategy has gone through recently, much due to its use expansion in other arts such as sculpture. New disciplines arise then, in which one proposes the local understanding in the projects, developing an integral vision of the natural world and turning it into an element linking the activities it supports. We also find in Utzon, and his geological platforms, the precursor of the importance that later would be given to the ground plane in architecture, since it initiates a certain critical attitude, which advances towards a more expressive architecture, with new mechanisms that relate to the ground that it sits in, proposing with its platforms an infrastructural transformation of the ground. With his transcultural interpretation of the spatial archetypal structures, he will enrich the architectural discourse, making the context become understood in more complex ways. Architectural projects in many cases have become territories prone to architectural theory speculation. Within this context, four strategies are analyzed through the study of four very significant architectural positions, from the point of view of handling the ground plane, and the project methodology within which to operate. The case studies analyzed are; Passenger Terminal (1996-2002) in Yokohama from FOA, The House of the music (1999-2005) the OMA in Oporto, The Jew monument (1998-2005) in Berlin the Peter Eisenman, and finally the MAXXI Museum (1998-2009) the Zaha Hadid in Rome. Discovering the rules, references and methodologies that each of those offer, it allows to discover what the main positions are regarding the building and its relationship with the place where it is located. The proposals exposed here try to shed a different light on the ground, which architecture advancing in new ways on how meet it. The crossing of the different studied positions, allows us to establish what the main contributions of ground as architectural strategy are. Such contributions open up new approaches to architecture based on movement and functional flexibility, overlapping information flow and circulation, consider new ways that blur the figure against the background, and reinforce the idea of ground as infrastructural platform, already raised by Utzon. Summarizing, it tries to propose the exploration of the ground plane as the most revealing form of spatial exploration.

La implementación arquitectónica de los acristalamientos activos con agua circulante, y su contribución en edificios de consumo de energía casi nulo

La presente Tesis Doctoral evalúa la contribución de una fachada activa, constituida por acristalamientos con circulación de agua, en el rendimiento energético del edificio. Con especial énfasis en la baja afección sobre su imagen, su integración ha de favorecer la calificación del edificio con el futuro estándar de Edificio de consumo de Energía Casi Nulo (EECN). El propósito consiste en cuantificar su aportación a limitar la demanda de climatización, como solución de fachada transparente acorde a las normas de la energía del 2020. En el primer capítulo se introduce el planteamiento del problema. En el segundo capítulo se desarrollan la hipótesis y el objetivo fundamental de la investigación. Para tal fin, en el tercer capítulo, se revisa el estado del arte de la tecnología y de la investigación científica, mediante el análisis de la literatura de referencia. Se comparan patentes, prototipos, sistemas comerciales asimilables, investigaciones en curso en Universidades, y proyectos de investigación y desarrollo, sobre envolventes que incorporan acristalamientos con circulación de agua. El método experimental, expuesto en el cuarto capítulo, acomete el diseño, la fabricación y la monitorización de un prototipo expuesto, durante ciclos de ensayos, a las condiciones climáticas de Madrid. Esta fase ha permitido adquirir información precisa sobre el rendimiento del acristalamiento en cada orientación de incidencia solar, en las distintas estaciones del año. En paralelo, se aborda el desarrollo de modelos teóricos que, mediante su asimilación a soluciones multicapa caracterizadas en las herramientas de simulación EnergyPlus y IDA-ICE (IDA Indoor Climate and Energy), reproducen el efecto experimental. En el quinto capítulo se discuten los resultados experimentales y teóricos, y se analiza la respuesta del acristalamiento asociado a un determinado volumen y temperatura del agua. Se calcula la eficiencia en la captación de la radiación y, mediante la comparativa con un acristalamiento convencional, se determina la reducción de las ganancias solares y las pérdidas de energía. Se comparan el rendimiento del acristalamiento, obtenido experimentalmente, con el ofrecido por paneles solares fototérmicos disponibles en el mercado. Mediante la traslación de los resultados experimentales a casos de células de tamaño habitable, se cuantifica la afección del acristalamiento sobre el consumo en refrigeración y calefacción. Diferenciando cada caso por su composición constructiva y orientación, se extraen conclusiones sobre la reducción del gasto en climatización, en condiciones de bienestar. Posteriormente, se evalúa el ahorro de su incorporación en un recinto existente, de construcción ligera, localizado en la Escuela de Arquitectura de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Mediante el planteamiento de escenarios de rehabilitación energética, se estima su compatibilidad con un sistema de climatización mediante bomba de calor y extracción geotérmica. Se describe el funcionamiento del sistema, desde la perspectiva de la operación conjunta de los acristalamientos activos e intercambio geotérmico, en nuestro clima. Mediante la parametrización de sus funciones, se estima el beneficio adicional de su integración, a partir de la mejora del rendimiento de la bomba de calor COP (Coefficient of Performance) en calefacción, y de la eficiencia EER (Energy Efficiency Ratio) en refrigeración. En el recinto de la ETSAM, se ha analizado la contribución de la fachada activa en su calificación como Edificio de Energía Casi Nula, y estudiado la rentabilidad económica del sistema. En el sexto capítulo se exponen las conclusiones de la investigación. A la fecha, el sistema supone alta inversión inicial, no obstante, genera elevada eficiencia con bajo impacto arquitectónico, reduciéndose los costes operativos, y el dimensionado de los sistemas de producción, de mayor afección sobre el edificio. Mediante la envolvente activa con suministro geotérmico no se condena la superficie de cubierta, no se ocupa volumen útil por la presencia de equipos emisores, y no se reduce la superficie o altura útil a base de reforzar los aislamientos. Tras su discusión, se considera una alternativa de valor en procesos de diseño y construcción de Edificios de Energía Casi Nulo. Se proponen líneas de futuras investigación cuyo propósito sea el conocimiento de la tecnología de los acristalamientos activos. En el último capítulo se presentan las actividades de difusión de la investigación. Adicionalmente se ha proporcionado una mejora tecnológica a las fachadas activas existentes, que ha derivado en la solicitud de una patente, actualmente en tramitación. ABSTRACT This Thesis evaluates the contribution of an active water flow glazing façade on the energy performance of buildings. Special emphasis is made on the low visual impact on its image, and the active glazing implementation has to encourage the qualification of the building with the future standard of Nearly Zero Energy Building (nZEB). The purpose is to quantify the façade system contribution to limit air conditioning demand, resulting in a transparent façade solution according to the 2020 energy legislation. An initial approach to the problem is presented in first chapter. The second chapter develops the hypothesis and the main objective of the research. To achieve this purpose, the third chapter reviews the state of the art of the technology and scientific research, through the analysis of reference literature. Patents, prototypes, assimilable commercial systems, ongoing research in other universities, and finally research and development projects incorporating active fluid flow glazing are compared. The experimental method, presented in fourth chapter, undertakes the design, manufacture and monitoring of a water flow glazing prototype exposed during test cycles to weather conditions in Madrid. This phase allowed the acquisition of accurate information on the performance of water flow glazing on each orientation of solar incidence, during different seasons. In parallel, the development of theoretical models is addressed which, through the assimilation to multilayer solutions characterized in the simulation tools EnergyPlus and IDA-Indoor Climate and Energy, reproduce the experimental effect. Fifth chapter discusses experimental and theoretical results focused to the analysis of the active glazing behavior, associated with a specific volume and water flow temperature. The efficiency on harvesting incident solar radiation is calculated, and, by comparison with a conventional glazing, the reduction of solar gains and energy losses are determined. The experimental performance of fluid flow glazing against the one offered by photothermal solar panels available on the market are compared. By translating the experimental and theoretical results to cases of full-size cells, the reduction in cooling and heating consumption achieved by active fluid glazing is quantified. The reduction of energy costs to achieve comfort conditions is calculated, differentiating each case by its whole construction composition and orientation. Subsequently, the saving of the implementation of the system on an existing lightweight construction enclosure, located in the School of Architecture at the Polytechnic University of Madrid (UPM), is then calculated. The compatibility between the active fluid flow glazing and a heat pump with geothermal heat supply system is estimated through the approach of different energy renovation scenarios. The overall system operation is described, from the perspective of active glazing and geothermal heat exchange combined operation, in our climate. By parameterization of its functions, the added benefit of its integration it is discussed, particularly from the improvement of the heat pump performance COP (Coefficient of Performance) in heating and efficiency EER (Energy Efficiency Ratio) in cooling. In the case study of the enclosure in the School of Architecture, the contribution of the active glazing façade in qualifying the enclosure as nearly Zero Energy Building has been analyzed, and the feasibility and profitability of the system are studied. The sixth chapter sets the conclusions of the investigation. To date, the system may require high initial investment; however, high efficiency with low architectural impact is generated. Operational costs are highly reduced as well as the size and complexity of the energy production systems, which normally have huge visual impact on buildings. By the active façade with geothermal supply, the deck area it is not condemned. Useful volume is not consumed by the presence of air-conditioning equipment. Useful surface and room height are not reduced by insulation reinforcement. After discussion, water flow glazing is considered a potential value alternative in nZEB design and construction processes. Finally, this chapter proposes future research lines aiming to increase the knowledge of active water flow glazing technology. The last chapter presents research dissemination activities. Additionally, a technological improvement to existing active facades has been developed, which has resulted in a patent application, currently in handling process.

Quantifying the relationship between drainage networks at hillslope scale and particle size distribution at pedon scale

Nowadays, translating information about hydrologic and soil properties and processes across scales has emerged as a major theme in soil science and hydrology, and suitable theories for upscaling or downscaling hydrologic and soil information are being looked forward. The recognition of low-order catchments as self-organized systems suggests the existence of a great amount of links at different scales between their elements. The objective of this work was to research in areas of homogeneous bedrock material, the relationship between the hierarchical structure of the drainage networks at hillslope scale and the heterogeneity of the particle-size distribution at pedon scale. One of the most innovative elements in this work is the choice of the parameters to quantify the organization level of the studied features. The fractal dimension has been selected to measure the hierarchical structure of the drainage networks, while the Balanced Entropy Index (BEI) has been the chosen parameter to quantify the heterogeneity of the particle-size distribution from textural data. These parameters have made it possible to establish quantifiable relationships between two features attached to different steps in the scale range. Results suggest that the bedrock lithology of the landscape constrains the architecture of the drainage networks developed on it and the particle soil distribution resulting in the fragmentation processes.

Quantifying the relationship between drainage networks at hillslope scale and particle size distribution at pedon scale

Nowadays, translating information about hydrologic and soil properties and processes across scales has emerged as a major theme in soil science and hydrology, and suitable theories for upscaling or downscaling hydrologic and soil information are being looked forward. The recognition of low-order catchments as self-organized systems suggests the existence of a great amount of links at different scales between their elements. The objective of this work was to research in areas of homogeneous bedrock material, the relationship between the hierarchical structure of the drainage networks at hillslope scale and the heterogeneity of the particle-size distribution at pedon scale. One of the most innovative elements in this work is the choice of the parameters to quantify the organization level of the studied features. The fractal dimension has been selected to measure the hierarchical structure of the drainage networks, while the Balanced Entropy Index (BEI) has been the chosen parameter to quantify the heterogeneity of the particle-size distribution from textural data. These parameters have made it possible to establish quantifiable relationships between two features attached to different steps in the scale range. Results suggest that the bedrock lithology of the landscape constrains the architecture of the drainage networks developed on it and the particle soil distribution resulting in the fragmentation processes.