Intelligent agents to improve adaptivity in a web-based learning environment

En esta tesis se propone el uso de agentes inteligentes en entornos de aprendizaje en línea con el fin de mejorar la asistencia y motivación del estudiante a través de contenidos personalizados que tienen en cuenta el estilo de aprendizaje del estudiante y su nivel de conocimiento. Los agentes propuestos se desempeñan como asistentes personales que ayudan al estudiante a llevar a cabo las actividades de aprendizaje midiendo su progreso y motivación. El entorno de agentes se construye a través de una arquitectura multiagente llamada MASPLANG diseñada para dar soporte adaptativo (presentación y navegación adaptativa) a un sistema hipermedia educativo desarrollado en la Universitat de Girona para impartir educación virtual a través del web. Un aspecto importante de esta propuesta es la habilidad de construir un modelo de estudiante híbrido que comienza con un modelo estereotípico del estudiante basado en estilos de aprendizaje y se modifica gradualmente a medida que el estudiante interactúa con el sistema (gustos subjetivos). Dentro del contexto de esta tesis, el aprendizaje se define como el proceso interno que, bajo factores de cambio resulta en la adquisición de la representación interna de un conocimiento o de una actitud. Este proceso interno no se puede medir directamente sino a través de demostraciones observables externas que constituyen el comportamiento relacionado con el objeto de conocimiento. Finalmente, este cambio es el resultado de la experiencia o entrenamiento y tiene una durabilidad que depende de factores como la motivación y el compromiso. El MASPLANG está compuesto por dos niveles de agentes: los intermediarios llamados IA (agentes de información) que están en el nivel inferior y los de Interfaz llamados PDA (agentes asistentes) que están en el nivel superior. Los agentes asistentes atienden a los estudiantes cuando trabajan con el material didáctico de un curso o una lección de aprendizaje. Esta asistencia consiste en la recolección y análisis de las acciones de los estudiantes para ofrecer contenidos personalizados y en la motivación del estudiante durante el aprendizaje mediante el ofrecimiento de contenidos de retroalimentación, ejercicios adaptados al nivel de conocimiento y mensajes, a través de interfaces de usuario animadas y atractivas. Los agentes de información se encargan del mantenimiento de los modelos pedagógico y del dominio y son los que están en completa interacción con las bases de datos del sistema (compendio de actividades del estudiante y modelo del dominio). El escenario de funcionamiento del MASPLANG está definido por el tipo de usuarios y el tipo de contenidos que ofrece. Como su entorno es un sistema hipermedia educativo, los usuarios se clasifican en profesores quienes definen y preparan los contenidos para el aprendizaje adaptativo, y los estudiantes quienes llevan a cabo las actividades de aprendizaje de forma personalizada. El perfil de aprendizaje inicial del estudiante se captura a través de la evaluación del cuestionario ILS (herramienta de diagnóstico del modelo FSLSM de estilos de aprendizaje adoptado para este estudio) que se asigna al estudiante en su primera interacción con el sistema. Este cuestionario consiste en un conjunto de preguntas de naturaleza sicológica cuyo objetivo es determinar los deseos, hábitos y reacciones del estudiante que orientarán la personalización de los contenidos y del entorno de aprendizaje. El modelo del estudiante se construye entonces teniendo en cuenta este perfil de aprendizaje y el nivel de conocimiento obtenido mediante el análisis de las acciones del estudiante en el entorno.

Modelling stereoscopic vision systems for robotic applications

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa. La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals. Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències. Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen les semblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals. Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori. Les principals contribucions d'aquest treball són: ·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes. ·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic. ·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil. ·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat.

La consolidació de la propietat pagesa a Catalunya (el Baix Empordà, 1850-1940)

Aquesta tesi estudia algunes de les transformacions agràries enregistrades en un àmbit comarcal (la comarca catalana del Baix Empordà) entre mitjan segle XIX i mitjan segle XX. EI fil conductor és la distribució de la propietat del sol agrícola. Però per a la seva comprensió es considera necessari integrar moltes altres variables. EI treball també es proposa assajar alguns procediments metodològics poc habituals en l'anàlisi de la distribució de la propietat del sòl agrícola i la seva evolució en època contemporània. Com a hipòtesi central, es sosté que, al Baix Empordà i al llarg del període comprès entre 1850 i 1940, els canvis que varen produir-se en l'estructura de la propietat i, també, en I'estructura social rural, varen apuntar genèricament a favor dels grups pagesos. En particular, es sosté : ( I) Que la situació de partida (de mitjan segle XIX) ja es caracteritzava per un notable pes de la petita propietat pagesa sobre I'estructura de la propietat agrícola i sobre el conjunt del sistema agrari. (2) Que, amb posterioritat a la crisi agrària finisecular, els problemes de rendibilitat de la producció agrària i l'erosió soferta per alguns mecanismes d'extracció de renda varen tendir a allunyar els sectors rendistes que tradicionalment havien exercit la seva hegemonia -econòmica i social- en la societat rural. (3) I, finalment, que al llarg del període va produir-se un avenç de la propietat pagesa com a conseqüència del fet que una porció significativa de famílies pageses aconseguissin ampliar el seu patrimoni territorial a través de compres realitzades en el mercat de terres, alhora que un nombre significatiu de vells grans patrimonis es fraccionava i desfeia. La magnitud d'aquests canvis va ser moderada i no va pas estar exempta d'ambigüitats, però posa de relleu la capacitat de resistència i adequació de l'explotació pagesa a les condicions d'un capitalisme evolvent, malgrat els pronòstics en sentit contrari de molts teòrics. La tesi està articulada en dues parts. En la primera es duu a terme una descripció detallada de les característiques del sistema agrari baixempordanès de mitjan segle XIX amb l'objectiu final de determinar el significat econòmic de les terres posseïdes per cada patrimoni familiar (més enllà de la simple consideració de les superfícies). EI primer pas consisteix en l'anàlisi dels usos del sòl, dels conreus principals i la seva ordenació en rotacions, dels rendiments físics, de les practiques de reposició de la fertilitat i de la dotació ramadera. A continuació es descriuen les tècniques i el procés de treball agrari amb l'objectiu de formular un model d'organització del treball agrícola que permeti mesurar les exigències en treball d'aquesta activitat. Es conclou que, des de la perspectiva de l'ocupació i de la demanda de treball generades pel sistema agrari, les localitats rurals es caracteritzaven per un fort excedent de mà d'obra en relació a les demandes laborals dels conreus tant des d'una perspectiva macroeconòmica com microeconòmica. EI tercer capítol es centra en l'avaluació de les necessitats de consum i reproducció de les UFP. Les estimacions realitzades permeten proposar un model flexible, que és contrastat amb els ingressos potencialment obtenibles per cada patrimoni. S'arriba a la conclusió que només una ínfima part de la població arribava a obtenir, amb l'explotació directa del seu patrimoni, l'ingrés necessari per a la seva reproducció econòmica simple. Paral·lelament però, es posa de relleu la importància econòmica i social dels petits patrimonis pagesos. S'estima que entorn una mitjana del 45% del sòl agrícola estava posseït per aquest segment de propietaris i, en el quart capítol, s'estudien les implicacions d'aquest fet. EI retrat de la situació de partida finalitza amb l'estudi dels règims de no-propietat predominants a la comarca. En la segona part, aquesta visió estàtica deixa pas a una anàlisi dinàmica. A mitjan segle XIX, al Baix Empordà, s'estava arribant a la fi d'una llarga etapa expansiva iniciada una centúria abans. Els primers signes d'esgotament varen ser la intensa pèrdua de població rural entre 1860 i 1880, la paralització de l'expansió dels conreus i el fort desenvolupament de la industria surera, eix del nou motor econòmic comarcal. Amb posterioritat a 1860 els canvis en l'estructura distributiva de la propietat varen tendir a apuntar cap a la consolidació de la propietat pagesa. Es va produir un procés de transferència de terres des dels sectors rendistes cap a sectors pagesos que va realitzar-se a través de compravendes en el mercat de la terra més que a través d'establiments i subestabliments emfitèutics. Va tenir com a conseqüència última el retrocés dels vells patrimonis rendistes, que, en general, no varen ser substituïts per l'aparició de nous grans patrimonis, com havia pogut passar fins aleshores. Paral·lelament, un bon nombre d'unitats familiars rurals també varen anar abandonant el camp i les seves propietats, produint-se una altra línia de transferència de terres entre sectors pagesos. La depreciació sostinguda dels preus agrícoles, la caiguda de la renda agrària, la superior rendibilitat de les inversions en valors mobiliaris i la incidència d'una creixent conflictivitat agrària són els factors que es destaquen per explicar la reculada dels grans patrimonis territorials. Des de la perspectiva pagesa es proposen tres elements explicatius per interpretar el procés d'acumulació patrimonial observat en un determinat segment de població: (1) el manteniment d'estratègies de producció per a l'autoconsum (un aspecte sempre polèmic i de difícil demostració); (2) l'existència d'un flux important d'ingressos salarials i extra-agrícoles en la composició de l'ingrés familiar pagès; i (3) el canvi en les orientacions tècniques i productives de les explotacions pageses. La combinació dels tres, alhora que hauria limitat els efectes directes dels moviments dels preus agraris, hauria possibilitat l'estratègia acumulativa observada.