Evaluación del estado de eutrofización del mar Alborán mediante el empleo combinado de imágenes de satélite y de muestreos in situ

La eutrofización marina es un problema que afecta a los mares europeos y particularmente a sus aguas costeras. Se trata del enriquecimiento anómalo en nutrientes de las aguas marinas, generalmente compuestos del nitrógeno y fósforo aportados por la actividad del ser humano, y que tiene como resultado consecuencias nocivas para la calidad de las aguas y la biodiversidad. La Directiva Marco de las Estrategias Marinas, que entró en vigor en 2010, recoge esta problemática y emplaza a los estados miembros para su evaluación y en su caso para la remediación de sus efectos nocivos identificando el origen de los aportes de nutrientes. Esta tarea requiere metodologías y procedimientos operativos que permitan ser implementados de forma coordinada por los estados miembros a nivel regional. En el primer capítulo de esta tesis se presenta una metodología para realizar la zonación del norte del mar Alborán a partir de imágenes de satélite de clorofila a tal que permite delimitar las áreas con características de productividad diferenciadas que pueden ser propuestas como unidades de gestión de la eutrofización y que se puedan emplear tanto en el diseño de los programas de seguimiento como en el aprovechamiento de los datos oceanográficos medidos in situ. En este capítulo se describe la metodología analítica utilizada, que está basada en la aplicación del análisis clúster de las k-medias a las imágenes de satélite de clorofila, así como su validez a partir del análisis de las series temporales de datos tomados in situ. El segundo capítulo se hace una evaluación de los indicadores de la eutrofización en una zona reducida de Alborán, donde existen multitud de datos oceanográficos, meteorológicos y ambientales. Para llevarla a cabo, se adaptó la metodología empleada en el capítulo 1 a la región ECOMALAGA. Una vez realizada la zonación, se agregaron los datos oceanográficos, meteorológicos y ambientales potencialmente relacionados con la eutrofización en cada área, y posteriormente se evaluaron las diferencias estadísticas a lo largo del ciclo estacional y entre las diferentes zonas. Con esta finalidad, se estiman las tendencias temporales de las variables ambientales en cada zona. A partir de los resultados obtenidos se infirió qué variables y/o mecanismos podrían estar influyendo sobre la concentración superficial de la clorofila a. En el tercer capítulo se ensayaron modelos aditivos generalizados (GAM) con el fin de identificar las variables más importantes que afectan a los indicadores de la eutrofización. Como variable respuesta del modelo se usó la clorofila a, pues se trata del indicador directo de la eutrofización más empleado. Las variables explicativas se componen de variables oceanográficas, meteorológicas y ambientales. En el cuarto capítulo se desarrolla un algoritmo regional para el mar de Alborán que permite obtener valores de clorofila a a partir de imágenes de satélite más ajustados a los valores que proporcionan los algoritmos disponibles que la sobreestiman considerablemente. En la discusión final y conclusiones se hace énfasis en el enfoque práctico de esta tesis doctoral, detallando la potencialidad de la metodología presentada para la evaluación de la eutrofización. Para esto, se detallan los resultados de la evaluación obtenidos para el mar Alborán empleando dicha metodología, definiendo su estado actual y las tendencias registradas, así como las causas de los problemas encontrados. Finalmente se evalúan y proponen posibles medidas para su remediación y control.

Aportaciones al hardware para sensores táctiles inteligentes basados en FPGAs

En esta tesis doctoral se presentan distintas soluciones para la adquisición de datos provenientes de matrices de sensores resistivos, y en concreto de sensores táctiles piezorresistivos. Los circuitos propuestos reducen el hardware de acondicionamiento y adquisición clásico, implementado una conexión directa entre el sensor y el dispositivo digital (FPGA) que recibe los datos. El objetivo es la adquisición en paralelo y con bajo coste y consumo de área de grandes cantidades de datos provenientes de los sensores matriciales, aprovechando las capacidades de las FPGAs para llevar a cabo medidas simultáneas de varios sensores. Dependiendo del tipo de direccionamiento que pueda ser empleado, dos soluciones son propuestas. En el caso donde el número de unidades sensoriales de la matriz no sea excesivamente alto y el direccionamiento pueda ser realizado sin compartir conexionado, el valor de resistencia de los distintos elementos de la matriz se obtiene a partir del tiempo de descarga de una red RC o integrador pasivo que incluye al sensor. Por otro lado, para matrices con un gran número de elementos o donde el direccionamiento de los mismos haga uso de conexiones compartidas, el uso de un circuito integrador activo reduce la diafonía entre los elementos medidos simultáneamente. El análisis y caracterización de los circuitos propuestos para un rango de resistencias de un sensor táctil piezorresistivo da lugar a una resolución efectiva en la conversión analógico-digital de 10 bits y 8 bits para los circuitos de conexión directa basados en el integrador pasivo y activo, respectivamente. En cuanto a la exactitud en la medida del valor de resistencia, se alcanzan errores relativos del 0,066% (integrador pasivo) y del 0,77% (integrador activo), empleando una novedosa técnica de calibración que hace uso de un único elemento de referencia. Por último, se propone una arquitectura para un sistema táctil basada en los circuitos anteriormente citados. Dos implementaciones se han desarrollado: un prototipo para caracterización y pruebas de laboratorio, y otro para un demostrador en una mano robótica comercial (mano de Barrett). Con estas realizaciones se comprueba que el sistema táctil es capaz de realizar el refresco del conjunto de sensores con una tasa lo suficientemente alta para aplicaciones que requieran una rápida respuesta dinámica (por ejemplo, detección de deslizamiento de objetos en tareas de manipulación con manos robóticas). Además, el paralelismo de las FPGAs no sólo se explota en la adquisición de datos, sino que el pre-procesado que puede realizarse en el sensor inteligente resultante tiene un gran potencial. Como ejemplo, en este trabajo se extraen los momentos geométricos y la elipse asociados a las imágenes táctiles adquiridas por cada uno de los sensores que conforman el sistema.