Integración de SEXTANTE en GearSCape

SEXTANTE es un marco para el desarrollo de algoritmos dedicados al procesamiento de información geográficamente referenciada, que actualmente cuenta con más de doscientos algoritmos que son capaces de operar sobre datos vectoriales, alfanuméricos y raster. Por otra parte, GearScape es un sistema de información geográfico orientado al geoprocesamiento, que dispone de un lenguaje declarativo que permite el desarrollo de geoprocesos sin necesidad de herramientas de desarrollo complejas. Dicho lenguaje está basado en el estándar SQL y extendido mediante la norma OGC para el acceso a fenómenos simples. Al ser un lenguaje mucho más simple que los lenguajes de programación imperativos (java, .net, python, etc.) la creación de geoprocesos es también más simple, más fácil de documentar, menos propensa a bugs y además la ejecución es optimizada de manera automática mediante el uso de índices y otras técnicas. La posibilidad de describir cadenas de operaciones complejas tiene también valor a modo de documentación: es posible escribir todos los pasos para la resolución de un determinado problema y poder recuperarlo tiempo después, reutilizarlo fácilmente, comunicárselo a otra persona, etc. En definitiva, el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape permite "hablar" de geoprocesos. La integración de SEXTANTE en GearScape tiene un doble objetivo. Por una parte se pretende proporcionar la posibilidad de usar cualquiera de los algoritmos con la interfaz habitual de SEXTANTE. Por la otra, se pretende añadir al lenguaje de geoprocesamiento de GearScape la posibilidad de utilizar algoritmos de SEXTANTE. De esta manera, cualquier problema que se resuelva mediante la utilización de varios de estos algoritmes puede ser descrito con el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape. A las ventajas del lenguaje de GearScape para la definición de geoprocesos, se añade el abanico de geoprocesos disponible en SEXTANTE, por lo que el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape nos permite "hablar" utilizando vocabulario de SEXTANTE

Desarrollo de un SIG para el análisis de patrones espaciales de incendios en viviendas

Los servicios de extinción de incendios en las ciudades se ven obligados a realizar su tarea cada vez con mayor rapidez y eficiencia, pero sin que exista a menudo un equilibrio entre el aumento de las exigencias en su trabajo y el correspondiente incremento de los recursos tanto materiales como humanos. Por eso se hace cada vez más imprescindible contar con nuevas técnicas y herramientas que faciliten su labor, permitiéndoles mejorar sus prestaciones con los mismos recursos. Una de las herramientas emergentes que puede ayudar a los servicios de extinción de incendios a optimizar su funcionamiento son los Sistemas de Información Geográfica (SIG). En este artículo se presentan los trabajos desarrollados hasta el momento por los autores para construir una herramienta informática basada en la tecnología SIG que pueda ser utilizada por los servicios de extinción de incendios tanto para prevenirlos como para responder de manera más rápida, eficaz y económica ante una emergencia por incendio en una vivienda o edificio. La herramienta desarrollada está orientada fundamentalmente al análisis de la distribución espacio-temporal de los incendios, con el objetivo de determinar los puntos calientes, esto es, aquellos lugares y/o momentos en los que existe una concentración atípica de incendios en el espacio y/o en el tiempo. Dicha herramienta ha sido desarrollada utilizando como base los programas gvSIG y R, ambos de acceso libre. El primero proporciona la funcionalidad de los SIG para trabajar con información geográfica, mientras que del segundo se aprovecha su capacidad para realizar análisis estadísticos. El sistema desarrollado se está utilizando para estudiar puntos calientes de incendios ocurridos en el municipio de Vigo entre los años 2005 y 2008

Extensión y uso de KML para la anotación, georreferenciación y distribución de recursos de tipo MIME

En el actual contexto de la Web 2.0 y de la futura Web Geográfica o simplemente GeoWeb la información georreferenciada cobra cada día más importancia. Desde hace años distintas técnicas han sido desarrolladas para dar solución al problema de la georreferenciación de recursos de distinta índole. Sin embargo ninguna de estas técnicas está exenta de problemas y restricciones. En este estudio presentamos una nueva aproximación que intenta facilitar la georreferenciación y distribución de recursos de tipos contemplados como Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME). El elemento básico para la anotación, georreferenciación y también representación del recurso es el Keyhole Markup Language (KML). Este lenguaje permite la anotación y visualización de elementos, así como su extensión para aumentar su funcionalidad. Esta última propiedad se ha utilizado en nuestra aproximación para crear nuevos elementos que permitan la anotación de cualquier tipo de recurso MIME sobre KML obteniendo así la extensión KML MIMEXT. Esta extensión permite describir y georreferenciar tipos de recursos no habituales en el entorno SIG. La encapsulación del propio recurso junto con sus metadatos (incluyendo la georreferenciación) y otros recursos relacionados se realiza mediante la compresión de todos ellos en un único archivo KMZ facilitando así su distribución y mantenimiento. De forma similar a la interpretación de etiquetas HTML5 como video por los navegadores Web, el uso de la extensión MIMEXT podría ser implementado por visores basados en globos virtuales para visualizar o reproducir nuevos tipos de recursos. Para ejemplificar dicho comportamiento se ha implementado un prototipo de aplicación Java basado en el SDK World Wind Java

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.

New medical registration and segmentation techniques using information-theoretic tools

El processament d'imatges mèdiques és una important àrea de recerca. El desenvolupament de noves tècniques que assisteixin i millorin la interpretació visual de les imatges de manera ràpida i precisa és fonamental en entorns clínics reals. La majoria de contribucions d'aquesta tesi són basades en Teoria de la Informació. Aquesta teoria tracta de la transmissió, l'emmagatzemament i el processament d'informació i és usada en camps tals com física, informàtica, matemàtica, estadística, biologia, gràfics per computador, etc. En aquesta tesi, es presenten nombroses eines basades en la Teoria de la Informació que milloren els mètodes existents en l'àrea del processament d'imatges, en particular en els camps del registre i la segmentació d'imatges. Finalment es presenten dues aplicacions especialitzades per l'assessorament mèdic que han estat desenvolupades en el marc d'aquesta tesi.

The use of pulse amplitude modulated fluorescence techniques for metal toxicity assessment in fluvial biofilms

Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach.

Assessment of virtual design and manufacturing techniques for fibre reinforced composite materials

Virtual tools are commonly used nowadays to optimize product design and manufacturing process of fibre reinforced composite materials. The present work focuses on two areas of interest to forecast the part performance and the production process particularities. The first part proposes a multi-physical optimization tool to support the concept stage of a composite part. The strategy is based on the strategic handling of information and, through a single control parameter, is able to evaluate the effects of design variations throughout all these steps in parallel. The second part targets the resin infusion process and the impact of thermal effects. The numerical and experimental approach allowed the identificationof improvement opportunities regarding the implementation of algorithms in commercially available simulation software.

Development of molecular-based techniques for the detection, identification and quantification of food-borne pathogens

La presencia de microorganismos patógenos en alimentos es uno de los problemas esenciales en salud pública, y las enfermedades producidas por los mismos es una de las causas más importantes de enfermedad. Por tanto, la aplicación de controles microbiológicos dentro de los programas de aseguramiento de la calidad es una premisa para minimizar el riesgo de infección de los consumidores. Los métodos microbiológicos clásicos requieren, en general, el uso de pre-enriquecimientos no-selectivos, enriquecimientos selectivos, aislamiento en medios selectivos y la confirmación posterior usando pruebas basadas en la morfología, bioquímica y serología propias de cada uno de los microorganismos objeto de estudio. Por lo tanto, estos métodos son laboriosos, requieren un largo proceso para obtener resultados definitivos y, además, no siempre pueden realizarse. Para solucionar estos inconvenientes se han desarrollado diversas metodologías alternativas para la detección identificación y cuantificación de microorganismos patógenos de origen alimentario, entre las que destacan los métodos inmunológicos y moleculares. En esta última categoría, la técnica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se ha convertido en la técnica diagnóstica más popular en microbiología, y recientemente, la introducción de una mejora de ésta, la PCR a tiempo real, ha producido una segunda revolución en la metodología diagnóstica molecular, como pude observarse por el número creciente de publicaciones científicas y la aparición continua de nuevos kits comerciales. La PCR a tiempo real es una técnica altamente sensible -detección de hasta una molécula- que permite la cuantificación exacta de secuencias de ADN específicas de microorganismos patógenos de origen alimentario. Además, otras ventajas que favorecen su implantación potencial en laboratorios de análisis de alimentos son su rapidez, sencillez y el formato en tubo cerrado que puede evitar contaminaciones post-PCR y favorece la automatización y un alto rendimiento. En este trabajo se han desarrollado técnicas moleculares (PCR y NASBA) sensibles y fiables para la detección, identificación y cuantificación de bacterias patogénicas de origen alimentario (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis y Salmonella spp.). En concreto, se han diseñado y optimizado métodos basados en la técnica de PCR a tiempo real para cada uno de estos agentes: L. monocytogenes, L. innocua, Listeria spp. M. avium subsp. paratuberculosis, y también se ha optimizado y evaluado en diferentes centros un método previamente desarrollado para Salmonella spp. Además, se ha diseñado y optimizado un método basado en la técnica NASBA para la detección específica de M. avium subsp. paratuberculosis. También se evaluó la aplicación potencial de la técnica NASBA para la detección específica de formas viables de este microorganismo. Todos los métodos presentaron una especificidad del 100 % con una sensibilidad adecuada para su aplicación potencial a muestras reales de alimentos. Además, se han desarrollado y evaluado procedimientos de preparación de las muestras en productos cárnicos, productos pesqueros, leche y agua. De esta manera se han desarrollado métodos basados en la PCR a tiempo real totalmente específicos y altamente sensibles para la determinación cuantitativa de L. monocytogenes en productos cárnicos y en salmón y productos derivados como el salmón ahumado y de M. avium subsp. paratuberculosis en muestras de agua y leche. Además este último método ha sido también aplicado para evaluar la presencia de este microorganismo en el intestino de pacientes con la enfermedad de Crohn's, a partir de biopsias obtenidas de colonoscopia de voluntarios afectados. En conclusión, este estudio presenta ensayos moleculares selectivos y sensibles para la detección de patógenos en alimentos (Listeria spp., Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis) y para una rápida e inambigua identificación de Salmonella spp. La exactitud relativa de los ensayos ha sido excelente, si se comparan con los métodos microbiológicos de referencia y pueden serusados para la cuantificación de tanto ADN genómico como de suspensiones celulares. Por otro lado, la combinación con tratamientos de preamplificación ha resultado ser de gran eficiencia para el análisis de las bacterias objeto de estudio. Por tanto, pueden constituir una estrategia útil para la detección rápida y sensible de patógenos en alimentos y deberían ser una herramienta adicional al rango de herramientas diagnósticas disponibles para el estudio de patógenos de origen alimentario.