Estándares educativos para la gestión del conocimiento en e-learning.

Presentar una propuesta para ayudar a los docentes a obtener información de calidad y estructurarla adecuadamente a partir de la información existente en Internet, que permita desarrollar cursos on-line. La propuesta sugiere utilizar los objetos de aprendizaje (fragmentos de información) provenientes de fuentes externas aplicando una serie de criterios que permitan valorar la calidad de la información obtenida de la red, para incorporar estos objetos a un repositorio de datos a disposición de las organizaciones educativas para el desarrollo de cursos on-line. Literatura publicada sobre el tema en formato impreso o digital. Revisión bibliográfica sobre el tema. Recursos bibliográficos y buscadores en internet. Análisis de contenido y análisis comparativo. La investigación está estructurada en cuatro apartados. En el primero se aborda el tema del e-learning, indicando las características de este sistema de formación, los factores a considerar para disponer de un sistema eficiente de e-learning. Se exponen las ventajas de este sistema frente a la enseñanza presencial. La segunda parte está dedicada a la gestión del conocimiento en e-learning, se profundiza sobre el concepto de gestión del conocimiento en las organizaciones y las posibilidades que ofrece la informática en los procesos de gestión de conocimiento actualmente. La tercera parte aborda la utilización de estándares educativos en la gestión del conocimiento, realiza un recorrido histórico sobre los diferentes estándares de estructuración de la información y las potencialidades que suponen respecto a la incorporación e intercambio de información en las diferentes plataformas de teleformación que se utilizan actualmente. La última parte analiza las estrategias para gestionar información de calidad en un sistema de e-learning, basado en a utilización de objetos de aprendizaje. La propuesta que realiza la autora tiene como objetivo incorporar en un sistema de e-learning la información de utilidad disponible en la web, organizando la misma de acuerdo a su almacenamiento en sistemas de gestión de bases de datos, utilizados por las actuales plataformas de teleformación en líneas generales, sin especificar el sistema adoptado por alguna de las plataformas actualmente disponibles en el mercado. Expone los criterios de calidad que deben de reunir los objetos de aprendizaje para sugerir finalmente algunas pautas respecto a cómo se deberían estructurar estos objetos en unidades de aprendizaje que denomina unidades didácticas. La aplicación de lenguajes de marcado y de estándares de organización de la información no persigue otra finalidad que dar a conocer las posibilidades que ofrece la investigación tecnológica en la gestión de la información y el conocimiento, y como tal su aplicación el sistemas de e-learning. Las líneas futuras de investigación se orientarán a desarrollar en la realidad los planteamientos teóricos expuestos en esta investigación con el objeto de desarrollar un prototipo orientado a promover la gestión del conocimiento de calidad dentro de un sistema de e-learning, que pueda ser útil a las organizaciones educativas en la educación no presencial.

Tutor inteligente de aplicación a la didáctica general.

Se construye un sistema inteligente de tutoría. Se analiza la situación de la ciencia cognitiva elaborando modelos operativos de ella. Se construye una arquitectura flexible y robusta mediante dos sistemas expertos cooperantes: el primero asume la tarea de analizar constantemente la situación del estudiante y la información que genera durante las distintas sesiones de aprendizaje con la máquina; el segundo aconseja y actua para optimizar el proceso de aprendizaje desde el punto de vista de la didáctica general, sin considerar en concreto las distintas materias. El tutor inteligente (ETI) opera en un entorno conectado o relacionado con diferentes cursos de enseñanza tutorizada por ordenador. Se analizan las funciones tutoriales y su instrumentalización; ETI ha asumido directamente algunas estrategias de aprendizaje y otras han pasado a los cursos. ETI también tiene por misión diagnosticar y solucionar diferentes problemas incluyendo algunos de motivación del estudiante. Tras construirse el primer prototipo se realizaron diversas pruebas con la ayuda de un simulador que permite la introducción de datos similares a los que el estudiante genera automáticamente durante sus sesiones de aprendizaje.

Mecanismos de aprendizaje retroactivo con inteligencia artificial.

Presenta un sistema de aprendizaje gestionado por ordenador representando el papel del tutor personalizado para materias científicas como las Matemáticas, Física y Química. Comienza con un estudio del aprendizaje gestionado por ordenador y un análisis de los proyectos y productos europeos. Se estudia el aprendizaje en las áreas de Matemáticas, Física y Química para estudiantes de BUP y COU, centrándose en: principios, leyes y factores de eficacia, estrategias de parendizaje, aprendizaje intuitivo y automático. El proceso se divide en: entrenamiento, trabajo, repaso y examen dando nombre al sistema ETRE. La dinámica impuesta por el método implica la obtención automática de diagramas inferenciales, reglas y meta-reglas con la que fundamentar la actuación de un sistema experto capaz de ayudar y emular al profesor tutor humano.

Desarrollo de sistemas de ayuda inteligente mediante integración de tecnologías y reutilización de información.

Demostrar que es posible proporcionar ayuda efectiva a los usuarios de aplicaciones informáticas complejas a un coste razonable. Se propone un modelo de sistema de ayuda inteligente, que es aplicado al diseño de dos sistemas. Este modelo se caracteriza por la intervención del usuario en la activación del asistente; el acceso a documentación dentro del proceso de ayuda; la adaptación al usuario; y la utilización de una interfaz multimodal. Además, el modelo se basa en la integración de tecnologías ampliamente probadas y en la reutilización de información de distintos tipos. El primer sistema de ayuda desarrollado integra técnicas de recuperación de información, de modelado de usuario y de hipertexto. Por su parte, el otro sistema introduce una representación explícita del conocimiento con el fin de mejorar la efectividad de la ayuda. Se confirma la viabilidad del modelo de sistema de ayuda propuesto, que se adapta a los usuarios y tiene un bajo coste de desarrollo. La asistencia inteligente debe proporcionar al usuario la información necesaria para que realice la tarea en la que tiene dificultades y, además, tiene que facilitar la comprensión de la estructura del sistema. Para ello, los sistemas de ayuda inteligente deben adaptarse al contexto en que se aplican y a las características del usuario. Estos sistemas son útiles en los procesos de enseñanza que se apoyan en el uso del ordenador.

Adaptive computer assisted assessment of free-text students answers : an approach to automatically generate students' conceptual models.

Las formas de evaluación basadas en el uso de tests no pueden identificar muchos errores conceptuales de los estudiantes. Esta investigación tiene como objetivo facilitar un nuevo procedimiento capaz de generar los modelos conceptuales de los estudiantes de forma automática a partir de respuestas en texto libre.. Este trabajo se organiza en tres apartados. En primer lugar, se procede a la revisión del estado de la cuestión. A continuación se describen el procedimiento para generar automáticamente los modelos conceptuales de los estudiantes y los sistemas que implementan dicho procedimiento. Por último se ofrecen: una explicación de los experimentos realizados y sus resultados, las conclusiones obtenidas y las líneas de trabajo futuro. Además se proporciona información para aplicar el procedimiento en otro idioma y/o área de conocimiento.. Se propone un procedimiento para generar automáticamente modelos conceptuales de cada estudiante y de una clase a partir de las respuestas facilitadas al sistema de evaluación automático y adaptativo. Estos sistemas son la evolución de los actuales de evaluación de respuestas en texto libre, que evalúan respuestas en texto libre automáticamente y de forma adaptada al modelo de cada estudiante..

Psicología de la enseñanza-aprendizaje en el Bachillerato y la Formación Profesional.

Se presentan diversos planteamientos psicodidácticos para la mejora de la enseñanza/aprendizaje, seleccionados de acuerdo con las necesidades del enseñante de Bachillerato y Enseñanza Profesional. Como modelos para orientar los procesos de enseñanza/aprendizaje se presentan: 1. Modelo genético constructivista de Piaget, 2. Taxonomía de Bloom, 3. Teoría de la elaboración. Estos tres modelos no definen suficientemente la situación de los alumnos para afrontar nuevos aprendizajes y, como alternativa, se presentan la teoría del Procesamiento de la Información (PI) y la Inteligencia Artifial (IA). Se considera que el rendimiento académico de los alumnos depende mayoritariamente de los métodos de aprendizaje empleados, destacando entre éstos las nuevas tecnologías en educación, fundamentalmente la Enseñanza Asistida por Ordenador (EAO) y los programas expertos..

La tutoría a distancia : futuro.

Se estudian los tres sistemas básicos para ejercer la tutoría a distancia que se basan en la utilización de las modernas tecnologías: el correo electrónico; el videoteléfono, la videoconferencia y la videotransmisión; y el sistema inteligente o sistema experto. Así como, se definen los rasgos del Sistema de Educación a Distancia con tutoría personalizada (EPOS), que utiliza el método de enseñanza de la Enseñanza Asistida por Ordenador (EAO).

Enseñanza - aprendizaje de la formulación química en BUP asistida por ordenador.

Se pretende que el alumno de bachillerato adquiera los conocimientos de formulación básicos en Química. Para ello se ha de hacer el aprendizaje progresivo y más atractivo. En el segundo curso de BUP se persiguen los siguientes objetivos: 1) Ideas claras sobre los elementos químicos y sus estructuras. 2) Sistema periódico de los elementos. 3) Valencia iónica. 4) Valencia covalente. 5) Nomenclatura y formulación de combinaciones simples. 6) Nomenclatura y formulación de hidruros y óxidos. 7) Nomenclatura y formulación de ácidos. Se aspira a dominar las formulaciones clásica, sistemática y de Stock, excepto en los ácidos, que sólo se aprenderán según la nomenclatura clásica. 92 alumnos de segundo curso de BUP del Instituto 'Arquitecto Pedro Gumiel' de Alcalá de Henares, Madrid . Se realiza una primera de nivel de conocimientos químicos a través del ordenador. El resultado es muy pobre tanto para conocimientos de Química como para habilidades informáticas. A los alumnos, en general, les atrae lo novedoso de la prueba. Los datos obtenidos se tratan estadísticamente. Se elabora una gráfica de frecuencias con el número de alumnos y las calificaciones obtenidas. Se obtienen los parámetros característicos de media, moda, varianza y desviación típica. Se facilita a los alumnos material didáctico de formulación práctica, para el que se utilizan los cuatro primeros capítulos del libro 'Formulación Práctica de Química', escrito por los autores de la investigación. Se expone el proceso de enseñanza y aprendizaje de la formulación química a través de la utilización de la aplicación informática 'CONTROL', elaborada en BASIC por Cristóbal Lara López, para ordenador ZX-Spectrum 48 K. Se sigue el siguiente proceso para la aplicación del curso: 1) Se realiza el montaje y se comprueba el tema correspondiente. Del casette dónde se encuentra la lección se pasa a la memoria del ordenador. 2) Se distribuye el material de consulta y auxiliar preciso. 3) El alumno comienza el tema ante el ordenador y siguiendo las explicaciones del profesor, cuando sean necesarias. 4) El alumno consulta textos o tablas cuando así lo solicite el programa. 5) Se realizan los ejercicios y el profesor va evaluando los resultados parciales obtenidos. 6) Se pasa al tema siguiente si los resultados son satisfactorios. El ordenador sólo indica la validez de las respuestas correctas. Terminado el proceso de aprendizaje, se realiza una evaluación final al alumnado. 1) La mayoría de los alumnos no sabía escribir a máquina y desconocía el manejo de un ordenador, por lo que el aprendizaje implicaba una lentitud inicial. 2) El alumno va siguiendo un proceso continuo de autoevaluación con incentivos motivados por lo espectacular de las presentaciones en el ordenador. 3) El alumnado muestra un interés general por lo novedoso del proceso de aprendizaje. 1) Se inicia al alumno en el manejo de la máquina de escribir. 2) El alumnado aprende a manejar un ordenador y familiarizarse con él. 3) El aprendizaje a través del ordenador provoca que el alumno muestre mayor interés y concentración en el tema que se está estudiando. 4) Los gran mayoría de los alumnos adquieren una base aceptable de formulación química. 5) Los alumnos que no consiguen adquirir la base, precisan de más tiempo y más ordenadores para alcanzar los niveles mínimos. 6) Los alumnos que muestran mayor interés ante este proceso de aprendizaje consiguen alcanzar puntuaciones máximas. 7) Se demuestra que el uso didáctico del ordenador es muy útil en el aprendizaje de la formulación química.

Elaboración de perfiles-tipo de alumnos universitarios como referencia para el proceso orientador en Bachillerato-COU.

Determinar el perfil-tipo de alumno que tiene éxito en la Universidad de Cantabria. Orientar a los alumnos de BUP y COU en función de este perfil. Diseñar un sistema experto para este fin.. 939 alumnos que han cursado el bachillerato en Cantabria, matriculados en los últimos cursos de licenciatura y diplomatura en la Universidad de Cantabria y que no han repetido más de un curso.. Se realiza una revisión teórica de la bibliografía existente para la selección provisional de las variables. Se recogen los datos a través de un cuestionario y se procede a su análisis, estableciendo definitivamente las siguientes variables independientes: 1. Sexo. 2. Domicilio. 3. Regularidad académica. 4. Centro. Con los resultados se crea un sistema experto en versión Macintosh y PC Windows para la orientación en la elección de estudios universitarios.. Porcentajes, Pearson, test de Mantel-Haenszel, tablas, factores, técnica de Scheffé, proporciones, RSPS, manual informático de usuario.. El análisis de los datos muestra que existe un mejor nivel preuniversitario en los centros de ciencias, y que el rendimiento académico es mejor en las mujeres que en los hombres. El sistema experto posibilita la orientación de alumnos de BUP y COU, pues compara los datos del alumno con el perfil de cada carrera.. Cualquier investigador de otra universidad puede elaborar su base de conocimiento e implementarla en el programa experto para orientar a los alumnos de BUP y COU según los perfiles tipo de su universidad..

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Procedure e strumenti innovativi per lo sfruttamento sostenibile delle risorse minerarie

L'approvvigionamento di risorse minerali e la tutela dell'ambiente sono spesso considerate attività contrapposte ed inconciliabili, ma in realtà rappresentano due necessità imprescindibili per le società moderne. Le georisorse, in quanto non rinnovabili, devono essere valorizzate in maniera efficiente, adoperando strumenti che garantiscano la sostenibilità ambientale, sociale ed economica degli interventi estrattivi. La necessità di tutelare il territorio e migliorare la qualità della vita delle comunità locali impone alla Pubblica Amministrazione di implementare misure per la riqualificazione di aree degradate, ma fino ai primi anni '90 la normativa di settore non prevedeva strumenti a tal proposito, e ciò ha portato alla proliferazione di siti estrattivi dismessi e abbandonati senza interventi di recupero ambientale. Il presente lavoro di ricerca fornisce contributi innovativi alla pianificazione e progettazione sostenibile delle attività estrattive, attraverso l'adozione di un approccio multidisciplinare alla trattazione del tema e l'utilizzo esperto dei Sistemi Informativi Geografici, in particolare GRASS GIS. A seguito di una approfondita analisi in merito agli strumenti e le procedure adottate nella pianificazione delle Attività Estrattive in Italia, sono stati sviluppati un metodo di indagine ed un sistema esperto per la previsione ed il controllo delle vibrazioni indotte nel terreno da volate in cava a cielo aperto, che consentono di ottimizzare la progettazione della volata e del sistema di monitoraggio delle vibrazioni grazie a specifici strumenti operativi implementati in GRASS GIS. A supporto di una più efficace programmazione di interventi di riqualificazione territoriale, è stata messa a punto una procedura per la selezione di siti dismessi e di potenziali interventi di riqualificazione, che ottimizza le attività di pianificazione individuando interventi caratterizzati da elevata sostenibilità ambientale, economica e sociale. I risultati ottenuti dimostrano la necessità di un approccio esperto alla pianificazione ed alla progettazione delle attività estrattive, incrementandone la sostenibilità attraverso l'adozione di strumenti operativi più efficienti.

Geo-referenciación aplicada al análisis digital de imagen para la caracterización de menas metálicas

El análisis cuantitativo de las fases minerales visibles en probetas pulidas mediante un sistema experto y automático representan un eficaz complemento a las técnicas tradicionales de microscopía de reflexión. El Análisis digital de imagen, ADI, en comparación con las técnicas habitualmente usadas de cuantificación (platina integradora), supone un ahorro enorme de tiempo, a la vez que facilita un potentísimo instrumento para el tratamiento estadístico de las medidas que se realizan.

Identificación automática de fases minerales por microscopía de reflexión. Aplicación del análisis digital de imagen

La identificación automática de las fases minerales visibles en probetas pulidas mediante un sistema experto es un pre-requisito indispensable para la aplicación de las técnicas tradicionales de microscopía a los problemas industriales con un elevado rendimiento. Para su consecución, ha sido necesario obtener una óptima y homogénea calidad de pulido en las muestras utilizadas, lograr la puesta a punto del equipo de Análisis digital de imagen -ADI- y aplicar un análisis multiespectral sobre la imagen en color (RGB) obtenida en origen. Para este estudio inicial fueron analizadas un conjunto de probetas de menas sulfuradas con los minerales más comunes: la colección Rehwald, descrita por Randohr (1980) y estudiadas de nuevo para este objetivo específico.

Optimización multiobjetivo inteligente del dimensionamiento energético en sistemas ferroviarios señalizados y en plataformas software de tiempo real

La capacidad de transporte es uno de los baremos fundamentales para evaluar la progresión que puede llegar a tener un área económica y social. Es un sector de elevada importancia para la sociedad actual. Englobado en los distintos tipos de transporte, uno de los medios de transporte que se encuentra más en alza en la actualidad, es el ferroviario. Tanto para movilidad de pasajeros como para mercancías, el tren se ha convertido en un medio de transporte muy útil. Se encuentra dentro de las ciudades, entre ciudades con un radio pequeño entre ellas e incluso cada vez más, gracias a la alta velocidad, entre ciudades con gran distancia entre ellas. Esta Tesis pretende ayudar en el diseño de una de las etapas más importantes de los Proyectos de instalación de un sistema ferroviario: el sistema eléctrico de tracción. La fase de diseño de un sistema eléctrico de tracción ferroviaria se enfrenta a muchas dudas que deben ser resueltas con precisión. Del éxito de esta fase dependerá la capacidad de afrontar las demandas de energía de la explotación ferroviaria. También se debe atender a los costes de instalación y de operación, tanto costes directos como indirectos. Con la Metodología que se presenta en esta Tesis se ofrecerá al diseñador la opción de manejar un sistema experto que como soluciones le plantee un conjunto de escenarios de sistemas eléctricos correctos, comprobados por resolución de modelos de ecuaciones. Correctos desde el punto de vista de validez de distintos parámetros eléctrico, como de costes presupuestarios e impacto de costes indirectos. Por tanto, el diseñador al haber hecho uso de esta Metodología, tendría en un espacio de tiempo relativamente corto, un conjunto de soluciones factibles con las que poder elegir cuál convendría más según sus intereses finales. Esta Tesis se ha desarrollado en una vía de investigación integrada dentro del Centro de Investigaciones Ferroviarias CITEF-UPM. Entre otros proyectos y vías de investigación, en CITEF se ha venido trabajando en estudios de validación y dimensionamiento de sistemas eléctricos ferroviarios con diversos y variados clientes y sistemas ferroviarios. A lo largo de los proyectos realizados, el interés siempre ha girado mayoritariamente sobre los siguientes parámetros del sistema eléctrico: - Calcular número y posición de subestaciones de tracción. Potencia de cada subestación. - Tipo de catenaria a lo largo del recorrido. Conductores que componen la catenaria. Características. - Calcular número y posición de autotransformadores para sistemas funcionando en alterna bitensión o 2x25kV. - Posición Zonas Neutras. - Validación según normativa de: o Caídas de tensión en la línea o Tensiones máximas en el retorno de la línea o Sobrecalentamiento de conductores o Sobrecalentamiento de los transformadores de las subestaciones de tracción La idea es que las soluciones aportadas por la Metodología sugieran escenarios donde de estos parámetros estén dentro de los límites que marca la normativa. Tener la posibilidad de tener un repositorio de posibles escenarios donde los parámetros y elementos eléctricos estén calculados como correctos, aporta un avance en tiempos y en pruebas, que mejoraría ostensiblemente el proceso habitual de diseño para los sistemas eléctricos ferroviarios. Los costes directos referidos a elementos como subestaciones de tracción, autotransformadores, zonas neutras, ocupan un gran volumen dentro del presupuesto de un sistema ferroviario. En esta Tesis se ha querido profundizar también en el efecto de los costes indirectos provocados en la instalación y operación de sistemas eléctricos. Aquellos derivados del impacto medioambiental, los costes que se generan al mantener los equipos eléctricos y la instalación de la catenaria, los costes que implican la conexión entre las subestaciones de tracción con la red general o de distribución y por último, los costes de instalación propios de cada elemento compondrían los costes indirectos que, según experiencia, se han pensado relevantes para ejercer un cierto control sobre ellos. La Metodología cubrirá la posibilidad de que los diseños eléctricos propuestos tengan en cuenta variaciones de coste inasumibles o directamente, proponer en igualdad de condiciones de parámetros eléctricos, los más baratos en función de los costes comentados. Analizando los costes directos e indirectos, se ha pensado dividir su impacto entre los que se computan en la instalación y los que suceden posteriormente, durante la operación de la línea ferroviaria. Estos costes normalmente suelen ser contrapuestos, cuánto mejor es uno peor suele ser el otro y viceversa, por lo que hace falta un sistema que trate ambos objetivos por separado. Para conseguir los objetivos comentados, se ha construido la Metodología sobre tres pilares básicos: - Simulador ferroviario Hamlet: Este simulador integra módulos para construir esquemas de vías ferroviarios completos; módulo de simulación mecánica y de la tracción de material rodante; módulo de señalización ferroviaria; módulo de sistema eléctrico. Software realizado en C++ y Matlab. - Análisis y estudio de cómo focalizar los distintos posibles escenarios eléctricos, para que puedan ser examinados rápidamente. Pico de demanda máxima de potencia por el tráfico ferroviario. - Algoritmos de optimización: A partir de un estudio de los posibles algoritmos adaptables a un sistema tan complejo como el que se plantea, se decidió que los algoritmos genéticos serían los elegidos. Se han escogido 3 algoritmos genéticos, permitiendo recabar información acerca del comportamiento y resultados de cada uno de ellos. Los elegidos por motivos de tiempos de respuesta, multiobjetividad, facilidad de adaptación y buena y amplia aplicación en proyectos de ingeniería fueron: NSGA-II, AMGA-II y ɛ-MOEA. - Diseño de funciones y modelo preparado para trabajar con los costes directos e indirectos y las restricciones básicas que los escenarios eléctricos no deberían violar. Estas restricciones vigilan el comportamiento eléctrico y la estabilidad presupuestaria. Las pruebas realizadas utilizando el sistema han tratado o bien de copiar situaciones que se puedan dar en la realidad o directamente sistemas y problemas reales. Esto ha proporcionado además de la posibilidad de validar la Metodología, también se ha posibilitado la comparación entre los algoritmos genéticos, comparar sistemas eléctricos escogidos con los reales y llegar a conclusiones muy satisfactorias. La Metodología sugiere una vía de trabajo muy interesante, tanto por los resultados ya obtenidos como por las oportunidades que puede llegar a crear con la evolución de la misma. Esta Tesis se ha desarrollado con esta idea, por lo que se espera pueda servir como otro factor para trabajar con la validación y diseño de sistemas eléctricos ferroviarios. ABSTRACT Transport capacity is one of the critical points to evaluate the progress than a specific social and economical area is able to reach. This is a sector of high significance for the actual society. Included inside the most common types of transport, one of the means of transport which is elevating its use nowadays is the railway. Such as for passenger transport of weight movements, the train is being consolidated like a very useful mean of transport. Railways are installed in many geography areas. Everyone know train in cities, or connecting cities inside a surrounding area or even more often, taking into account the high-speed, there are railways infrastructure between cities separated with a long distance. This Ph.D work aims to help in the process to design one of the most essential steps in Installation Projects belonging to a railway system: Power Supply System. Design step of the railway power supply, usually confronts to several doubts and uncertainties, which must be solved with high accuracy. Capacity to supply power to the railway traffic depends on the success of this step. On the other hand is very important to manage the direct and indirect costs derived from Installation and Operation. With the Methodology is presented in this Thesis, it will be offered to the designer the possibility to handle an expert system that finally will fill a set of possible solutions. These solutions must be ready to work properly in the railway system, and they were tested using complex equation models. This Thesis has been developed through a research way, integrated inside Citef (Railway Research Centre of Technical University of Madrid). Among other projects and research ways, in Citef has been working in several validation studies and dimensioning of railway power supplies. It is been working by a large range of clients and railways systems. Along the accomplished Projects, the main goal has been rounded mostly about the next list of parameters of the electrical system: - Calculating number and location of traction substations. Power of each substation. - Type of Overhead contact line or catenary through the railway line. The wires which set up the catenary. Main Characteristics. - Calculating number and position of autotransformers for systems working in alternating current bi-voltage of called 2x25 kV. - Location of Neutral Zones. - Validating upon regulation of: o Drop voltages along the line o Maximum return voltages in the line o Overheating/overcurrent of the wires of the catenary o Avoiding overheating in the transformers of the traction substations. Main objective is that the solutions given by the Methodology, could be suggest scenarios where all of these parameters from above, would be between the limits established in the regulation. Having the choice to achieve a repository of possible good scenarios, where the parameters and electrical elements will be assigned like ready to work, that gives a great advance in terms of times and avoiding several tests. All of this would improve evidently the regular railway electrical systems process design. Direct costs referred to elements like traction substations, autotransformers, neutral zones, usually take up a great volume inside the general budget in railway systems. In this Thesis has been thought to bear in mind another kind of costs related to railway systems, also called indirect costs. These could be enveloped by those enmarked during installation and operation of electrical systems. Those derived from environmental impact; costs generated during the maintenance of the electrical elements and catenary; costs involved in the connection between traction substations and general electric grid; finally costs linked with the own installation of the whole electrical elements needed for the correct performance of the railway system. These are integrated inside the set has been collected taking into account own experience and research works. They are relevant to be controlled for our Methodology, just in case for the designers of this type of systems. The Methodology will cover the possibility that the final proposed power supply systems will be hold non-acceptable variations of costs, comparing with initial expected budgets, or directly assuming a threshold of budget for electrical elements in actual scenario, and achieving the cheapest in terms of commented costs from above. Analyzing direct and indirect costs, has been thought to divide their impact between two main categories. First one will be inside the Installation and the other category will comply with the costs often happens during Railway Operation time. These costs normally are opposed, that means when one is better the other turn into worse, in costs meaning. For this reason is necessary treating both objectives separately, in order to evaluate correctly the impact of each one into the final system. The objectives detailed before build the Methodology under three basic pillars: - Railway simulator Hamlet: This software has modules to configure many railway type of lines; mechanical and traction module to simulate the movement of rolling stock; signaling module; power supply module. This software has been developed using C++ and Matlab R13a - Previously has been mandatory to study how would be possible to work properly with a great number of feasible electrical systems. The target comprised the quick examination of these set of scenarios in terms of time. This point is talking about Maximum power demand peaks by railway operation plans. - Optimization algorithms. A railway infrastructure is a very complex system. At the beginning it was necessary to search about techniques and optimization algorithms, which could be adaptable to this complex system. Finally three genetic multiobjective algorithms were the chosen. Final decision was taken attending to reasons such as time complexity, able to multiobjective, easy to integrate in our problem and with a large application in engineering tasks. They are: NSGA-II, AMGA-II and ɛ-MOEA. - Designing objectives functions and equation model ready to work with the direct and indirect costs. The basic restrictions are not able to avoid, like budgetary or electrical, connected hardly with the recommended performance of elements, catenary and safety in a electrical railway systems. The battery of tests launched to the Methodology has been designed to be as real as possible. In fact, due to our work in Citef and with real Projects, has been integrated and configured three real railway lines, in order to evaluate correctly the final results collected by the Methodology. Another topic of our tests has been the comparison between the performances of the three algorithms chosen. Final step has been the comparison again with different possible good solutions, it means power supply system designs, provided by the Methodology, testing the validity of them. Once this work has been finished, the conclusions have been very satisfactory. Therefore this Thesis suggest a very interesting way of research and work, in terms of the results obtained and for the future opportunities can be created with the evolution of this. This Thesis has been developed with this idea in mind, so is expected this work could adhere another factor to work in the difficult task of validation and design of railway power supply systems.

Fundamentos de Inteligencia Artificial. Práctica 3: Lógica difusa

En esta práctica se desarrollará el funcionamiento de un sistema experto difuso. El alumno debe desarrollar y probar un sistema experto, utilizando lógica difusa, que sea capaz de estabilizar un péndulo invertido.