Efficient 3D scene modeling and mosaicing

El modelat d'escenes és clau en un gran ventall d'aplicacions que van des de la generació mapes fins a la realitat augmentada. Aquesta tesis presenta una solució completa per a la creació de models 3D amb textura. En primer lloc es presenta un mètode de Structure from Motion seqüencial, a on el model 3D de l'entorn s'actualitza a mesura que s'adquireix nova informació visual. La proposta és més precisa i robusta que l'estat de l'art. També s'ha desenvolupat un mètode online, basat en visual bag-of-words, per a la detecció eficient de llaços. Essent una tècnica completament seqüencial i automàtica, permet la reducció de deriva, millorant la navegació i construcció de mapes. Per tal de construir mapes en àrees extenses, es proposa un algorisme de simplificació de models 3D, orientat a aplicacions online. L'eficiència de les propostes s'ha comparat amb altres mètodes utilitzant diversos conjunts de dades submarines i terrestres.

Efficient topology estimation for large scale optical mapping

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios

Entorno de aprendizaje virtual adaptativo soportado por un modelo de usuario integral

El objetivo de esta tesis es mejorar la efectividad y eficiencia de los entornos de aprendizaje virtual. Para lograr este propósito se define un Modelo de Usuario que considera las características del usuario, el contexto y la Interacción. Estas tres dimensiones son integradas en un Modelo de Usuario Integral (MUI) para proveer adaptación de contenido, formato y actividades en entornos educativos con heterogeneidad de usuarios, tecnologías e interacciones. Esta heterogeneidad genera la entrega de contenidos, formatos y actividades inadecuadas para los estudiantes. La particularización del MUI en un entorno educativo es definida Modelo de Estudiante Integral (MEI). Las principales aportaciones de esta tesis son la definición y validación de un MUI, la utilización de un MEI abierto para propiciar la reflexión de los estudiantes sobre sus procesos de aprendizaje, la integración tecnológica con independencia de plataforma y la validación del MEI con estudiantes en escenarios reales.

Gradient-based reinforcement learning techniques for underwater robotics behavior learning

Darrerament, l'interès pel desenvolupament d'aplicacions amb robots submarins autònoms (AUV) ha crescut de forma considerable. Els AUVs són atractius gràcies al seu tamany i el fet que no necessiten un operador humà per pilotar-los. Tot i això, és impossible comparar, en termes d'eficiència i flexibilitat, l'habilitat d'un pilot humà amb les escasses capacitats operatives que ofereixen els AUVs actuals. L'utilització de AUVs per cobrir grans àrees implica resoldre problemes complexos, especialment si es desitja que el nostre robot reaccioni en temps real a canvis sobtats en les condicions de treball. Per aquestes raons, el desenvolupament de sistemes de control autònom amb l'objectiu de millorar aquestes capacitats ha esdevingut una prioritat. Aquesta tesi tracta sobre el problema de la presa de decisions utilizant AUVs. El treball presentat es centra en l'estudi, disseny i aplicació de comportaments per a AUVs utilitzant tècniques d'aprenentatge per reforç (RL). La contribució principal d'aquesta tesi consisteix en l'aplicació de diverses tècniques de RL per tal de millorar l'autonomia dels robots submarins, amb l'objectiu final de demostrar la viabilitat d'aquests algoritmes per aprendre tasques submarines autònomes en temps real. En RL, el robot intenta maximitzar un reforç escalar obtingut com a conseqüència de la seva interacció amb l'entorn. L'objectiu és trobar una política òptima que relaciona tots els estats possibles amb les accions a executar per a cada estat que maximitzen la suma de reforços totals. Així, aquesta tesi investiga principalment dues tipologies d'algoritmes basats en RL: mètodes basats en funcions de valor (VF) i mètodes basats en el gradient (PG). Els resultats experimentals finals mostren el robot submarí Ictineu en una tasca autònoma real de seguiment de cables submarins. Per portar-la a terme, s'ha dissenyat un algoritme anomenat mètode d'Actor i Crític (AC), fruit de la fusió de mètodes VF amb tècniques de PG.

Improving resource utilization in carrier ethernet technologies

Ethernet está empezando a pasar de las redes de área local a una red de transporte. Sin embargo, como los requisitos de las redes de transporte son más exigentes, la tecnología necesita ser mejorada. Esquemas diseñados para mejorar Ethernet para que cumpla con las necesidades de transporte se pueden categorizar en dos clases. La primera clase mejora solo los componentes de control de Ethernet (Tecnologías basadas en STP), y la segunda clase mejora tanto componentes de control como de encaminamiento de Ethernet (tecnologías basadas en etiquetas). Esta tesis analiza y compara el uso de espacio en las etiquetas de las tecnologias basadas en ellas para garantizar su escalabilidad. La aplicabilidad de las técnicas existentes y los estudios que se pueden utilizar para superar o reducir los problemas de escalabilidad de la etiqueta son evaluados. Además, esta tesis propone un ILP para calcular el óptimo rendimiento de las technologias basadas en STP y las compara con las basadas en etiquetas para ser capaz de determinar, dada una específica situacion, que technologia utilizar.

Label space reduction in GMPLs and All-Optical Label Swapping networks

All-Optical Label Swapping (AOLS) es una tecnología clave para la implementación de nodos de conmutación completamente óptica de paquetes. Sin embargo, el costo de su desarrollo es proporcional al tamaño del espacio de etiquetas (label space). Debido a que los principios de funcionamiento de AOLS son casos particulares de los del MultiProtocol Label Switching (MPLS), esta tesis estudia métodos generales, aplicables a ambos, con el propósito de reducir el espacio de etiquetas tanto como sea posible. Modelos de programación lineal entera y heurísticas son propuestos para el caso en el que se permite apilar una etiqueta extra. Encontramos que cerca del 50% del espacio de etiquetas puede ser reducido, si se permite colocar una etiqueta extra en la pila. Además, particularmente para AOLS, encontramos que se puede reducir el espacio de etiquetas cerca al 25% si se duplica la capacidad de los enlaces y se permite re-encaminar el tráfico.

Large-Scale Surface registration

The first part of this work presents an accurate analysis of the most relevant 3D registration techniques, including initial pose estimation, pairwise registration and multiview registration strategies. A new classification has been proposed, based on both the applications and the approach of the methods that have been discussed. The main contribution of this thesis is the proposal of a new 3D multiview registration strategy. The proposed approach detects revisited regions obtaining cycles of views that are used to reduce the inaccuracies that may exist in the final model due to error propagation. The method takes advantage of both global and local information of the registration process, using graph theory techniques in order correlate multiple views and minimize the propagated error by registering the views in an optimal way. The proposed method has been tested using both synthetic and real data, in order to show and study its behavior and demonstrate its reliability.

Manifold clustering for motion segmentation

En aquesta tesi s’estudia el problema de la segmentació del moviment. La tesi presenta una revisió dels principals algoritmes de segmentació del moviment, s’analitzen les característiques principals i es proposa una classificació de les tècniques més recents i importants. La segmentació es pot entendre com un problema d’agrupament d’espais (manifold clustering). Aquest estudi aborda alguns dels reptes més difícils de la segmentació de moviment a través l’agrupament d’espais. S’han proposat nous algoritmes per a l’estimació del rang de la matriu de trajectòries, s’ha presenta una mesura de similitud entre subespais, s’han abordat problemes relacionats amb el comportament dels angles canònics i s’ha desenvolupat una eina genèrica per estimar quants moviments apareixen en una seqüència. L´ultima part de l’estudi es dedica a la correcció de l’estimació inicial d’una segmentació. Aquesta correcció es du a terme ajuntant els problemes de la segmentació del moviment i de l’estructura a partir del moviment.

Robustness against large-scale failures in communications networks

This thesis studies robustness against large-scale failures in communications networks. If failures are isolated, they usually go unnoticed by users thanks to recovery mechanisms. However, such mechanisms are not effective against large-scale multiple failures. Large-scale failures may cause huge economic loss. A key requirement towards devising mechanisms to lessen their impact is the ability to evaluate network robustness. This thesis focuses on multilayer networks featuring separated control and data planes. The majority of the existing measures of robustness are unable to capture the true service degradation in such a setting, because they rely on purely topological features. One of the major contributions of this thesis is a new measure of functional robustness. The failure dynamics is modeled from the perspective of epidemic spreading, for which a new epidemic model is proposed. Another contribution is a taxonomy of multiple, large-scale failures, adapted to the needs and usage of the field of networking.

Underwater slam for estructured environments using and imaging sonar

Aquesta tesi tracta sobre el problema de la navegació per a vehicles submarins autònoms que operen en entorns artificials estructurats com ara ports, canals, plataformes marines i altres escenaris similars. A partir d'una estimació precisa de la posició en aquests entorns, les capacitats dels vehicles submarins s'incrementen notablement i s'obre una porta al seu funcionament autònom. El manteniment, inspecció i vigilància d'instal lacions marines són alguns exemples de possibles aplicacions. Les principals contribucions d'aquesta tesi consisteixen per una banda en el desenvolupament de diferents sistemes de localització per a aquelles situacions on es disposa d'un mapa previ de l'entorn i per l'altra en el desenvolupament d'una nova solució al problema de la Localització i Construcció Simultània de Mapes (SLAM en les seves sigles en anglès), la finalitat del qual és fer que un vehicle autònom creï un mapa de l'entorn desconegut que el rodeja i, al mateix temps, utilitzi aquest mapa per a determinar la seva pròpia posició. S'ha escollit un sonar d'imatges d'escaneig mecànic com a sensor principal per a aquest treball tant pel seu relatiu baix cost com per la seva capacitat per produir una representació detallada de l'entorn. Per altra banda, les particularitats de la seva operació i, especialment, la baixa freqúència a la que es produeixen les mesures, constitueixen els principals inconvenients que s'han hagut d'abordar en les estratègies de localització proposades. Les solucions adoptades per aquests problemes constitueixen una altra contribució d'aquesta tesi. El desenvolupament de vehicles autònoms i el seu ús com a plataformes experimentals és un altre aspecte important d'aquest treball. Experiments portats a terme tant en el laboratori com en escenaris reals d'aplicació han proporcionat les dades necessàries per a provar i avaluar els diferents sistemes de localització proposats.

Anàlisi dels preus al sector hoteler de la Costa Brava Sud

L'objectiu d'aquesta tesi és analitzar els preus hotelers, que inclouen tant el preu que cobra l'hoteler com el que paga el turista. Més en concret, aquesta tesi pretén entendre i explicar la política de preus del sector hoteler, utilitzant per aquest fi els conceptes, instruments i models de l'anàlisi econòmica. L'explotació exhaustiva dels catàlegs dels operadors turístics representa la principal aposta metodològica d'aquest treball. També s'han creat diferents bases de dades de preus hotelers, s'han explotat les dades i preus de guies hoteleres, i s'han fet enquestes als hotelers per conèixer el preu que paga un turista particular. Les aportacions més importants fan referència als preus del sector hoteler, que és el nucli principal del treball, i es podrien resumir de la manera següent: -Determinar com es determinen els preus en el sector hoteler -Conèixer el grau de competència entre operadors turístics -Disposar d'una evolució temporal i estacional dels preus dels hotels. En aquest sentit, la metodologia i les dades emprades podrien ser un punt de partida per elaborar una sèrie temporal de preus i d'aquesta manera corregir la mancança actual d'un índex de preus hoteler -Identificar els serveis i les característiques dels hotels que no tenen un preu explícit, però que resulten rellevants a l'hora de negociar uns preus superiors -Examinar les estratègies de preus d'alguns operadors turístics estrangers -I, en general, millorar el coneixement sobre els preus hotelers

Aspectes metodològics i aplicacions de la modelització del temps de supervivència multivariant mitjançant models mixtes

Els estudis de supervivència s'interessen pel temps que passa des de l'inici de l'estudi (diagnòstic de la malaltia, inici del tractament,...) fins que es produeix l'esdeveniment d'interès (mort, curació, millora,...). No obstant això, moltes vegades aquest esdeveniment s'observa més d'una vegada en un mateix individu durant el període de seguiment (dades de supervivència multivariant). En aquest cas, és necessari utilitzar una metodologia diferent a la utilitzada en l'anàlisi de supervivència estàndard. El principal problema que l'estudi d'aquest tipus de dades comporta és que les observacions poden no ser independents. Fins ara, aquest problema s'ha solucionat de dues maneres diferents en funció de la variable dependent. Si aquesta variable segueix una distribució de la família exponencial s'utilitzen els models lineals generalitzats mixtes (GLMM); i si aquesta variable és el temps, variable amb una distribució de probabilitat no pertanyent a aquesta família, s'utilitza l'anàlisi de supervivència multivariant. El que es pretén en aquesta tesis és unificar aquests dos enfocs, és a dir, utilitzar una variable dependent que sigui el temps amb agrupacions d'individus o d'observacions, a partir d'un GLMM, amb la finalitat d'introduir nous mètodes pel tractament d'aquest tipus de dades.

Aspectos económicos de las tecnologías de la información, comunicación y entretenimiento

En esta tesis analizamos diversos aspectos relacionados con los sectores de Tecnologías de la Información, Comunicación y Entretenimiento (TICE). Nuestros análisis versan tanto sobre la oferta (motivaciones estratégicas, estandarización) como sobre la demanda, y complementan la literatura en crecimiento constante en relación a esta temática general

El risc dinàmic: concepte, mesura i determinants econòmics

Aquesta tesi té la intenció de realitzar una contribució metodològica en el camp de la direcció estratègica, per mitjà de tres objectius: la revisió del concepte de risc ex post o realitzat per l'àmbit de la direcció estratègica; la concreció d'aquest concepte en una mesura de risc vàlida; i l'exploració de les possibilitats i l'interès de la descomposició del risc en diferents determinants que puguin explicar-ne la seva naturalesa. El primer objectiu es du a terme prenent com a base el concepte intuïtiu de risc i revisant la literatura en els camps més afins, especialment en la teoria comportamental de la decisió i la direcció estratègica. L'anàlisi porta a formular el risc ex post d'una activitat com el grau en què no s'han assolit els objectius per a aquesta activitat. La concreció d'aquesta definició al camp de la direcció estratègica implica que els objectius han de portar a l'obtenció de l'avantatge competitiu sostenible, el que descobreix l'interès de realitzar la mesura del risc a curt termini, és a dir, estàticament, i a llarg termini, és a dir, dinàmicament, pel que es defineix una mesura de Risc Estàtic i una altra de Risc dinàmic, respectivament. En l'anàlisi apareixen quatre dimensions conceptuals bàsiques a incorporar en les mesures: sign dependence, relativa, longitudinal i path dependence. Addicionalment, la consideració de que els resultats puguin ser cardinals o ordinals justifica que es formulin les dues mesures anteriors per a resultats cardinals i, en segon lloc, per a resultats ordinals. Les mesures de risc que es proposen sintetitzen els resultats ex post obtinguts en una mesura de centralitat relativa dels resultats, el Risc Estàtic, i una mesura de la tendència temporal dels resultats, el Risc Dinàmic. Aquesta proposta contrasta amb el plantejament tradicional dels models esperança-variància. Les mesures desenvolupades s'avaluen amb un sistema de propietats conceptuals i tècniques que s'elaboren expressament en la tesi i que permeten demostrar el seu gra de validesa i el de les mesures existents en la literatura, destacant els problemes de validesa d'aquestes darreres. També es proporciona un exemple teòric il·lustratiu de les mesures proposades que dóna suport a l'avaluació realitzada amb el sistema de propietats. Una contribució destacada d'aquesta tesi és la demostració de que les mesures de risc proposades permeten la descomposició additiva del risc si els resultats o diferencials de resultats es descomponen additivament. Finalment, la tesi inclou una aplicació de les mesures de Risc Estàtic i Dinàmic cardinals, així com de la seva descomposició, a l'anàlisi de la rendibilitat del sector bancari espanyol, en el període 1987-1999. L'aplicació il·lustra la capacitat de les mesures proposades per a analitzar la manifestació de l'avantatge competitiu, la seva evolució i naturalesa econòmica. En les conclusions es formulen possibles línees d'investigació futures.

Estudi sobre l'habitatge a la demarcació de Girona: habitatges principals, segones residències i apartaments turístics

Aquesta tesi doctoral estudia diferents aspectes sobre els habitatges a la província de Girona, combinant l'anàlisi sobre l'evolució històrica dels habitatges, el fenomen de les segones residències i el mercat d'apartaments turístics. El paper de la població és el principal motor del creixement dels habitatges durant el segle XX. Tot i així, durant la segona meitat, el pes dels habitatges secundaris en zones turístiques com Costa Brava i municipis de muntanya han tingut el seu paper significatiu. Altres factors determinants en els darrers anys han estat la immigració i la disminució del tamany de les llars. Les segones residències a Girona s'ubiquen en gran part a la Costa Brava (al voltant del 75% del total a la província). S'observa un fenomen d'expansió en forma de "taca d'oli" des de la Costa Brava cap a l'interior i des de la Cerdanya cap a zones més orientals. Dins el mercat d'apartaments turístics, una sèrie de regressions hedòniques han posat de manifest les variables que més influeixen sobre el preu final del lloguer de l'habitatge turístic com el nombre d'habitacions, el tipus d'allotjament, la distància sobre la platja, el municipi d'ubicació i la temporada turística. Respecte als hotels (el mateix exercici) com a bé substitutiu destaquen les mateixes variables excepte la piscina (menys valorat) i el pàrking (més valorat).