Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Image segmentation integrating colour, texture and boundary information

La tesis se centra en la Visión por Computador y, más concretamente, en la segmentación de imágenes, la cual es una de las etapas básicas en el análisis de imágenes y consiste en la división de la imagen en un conjunto de regiones visualmente distintas y uniformes considerando su intensidad, color o textura. Se propone una estrategia basada en el uso complementario de la información de región y de frontera durante el proceso de segmentación, integración que permite paliar algunos de los problemas básicos de la segmentación tradicional. La información de frontera permite inicialmente identificar el número de regiones presentes en la imagen y colocar en el interior de cada una de ellas una semilla, con el objetivo de modelar estadísticamente las características de las regiones y definir de esta forma la información de región. Esta información, conjuntamente con la información de frontera, es utilizada en la definición de una función de energía que expresa las propiedades requeridas a la segmentación deseada: uniformidad en el interior de las regiones y contraste con las regiones vecinas en los límites. Un conjunto de regiones activas inician entonces su crecimiento, compitiendo por los píxeles de la imagen, con el objetivo de optimizar la función de energía o, en otras palabras, encontrar la segmentación que mejor se adecua a los requerimientos exprsados en dicha función. Finalmente, todo esta proceso ha sido considerado en una estructura piramidal, lo que nos permite refinar progresivamente el resultado de la segmentación y mejorar su coste computacional. La estrategia ha sido extendida al problema de segmentación de texturas, lo que implica algunas consideraciones básicas como el modelaje de las regiones a partir de un conjunto de características de textura y la extracción de la información de frontera cuando la textura es presente en la imagen. Finalmente, se ha llevado a cabo la extensión a la segmentación de imágenes teniendo en cuenta las propiedades de color y textura. En este sentido, el uso conjunto de técnicas no-paramétricas de estimación de la función de densidad para la descripción del color, y de características textuales basadas en la matriz de co-ocurrencia, ha sido propuesto para modelar adecuadamente y de forma completa las regiones de la imagen. La propuesta ha sido evaluada de forma objetiva y comparada con distintas técnicas de integración utilizando imágenes sintéticas. Además, se han incluido experimentos con imágenes reales con resultados muy positivos.

Texture recognition under varying imaging geometries

La visió és probablement el nostre sentit més dominant a partir del qual derivem la majoria d'informació del món que ens envolta. A través de la visió podem percebre com són les coses, on són i com es mouen. En les imatges que percebem amb el nostre sistema de visió podem extreure'n característiques com el color, la textura i la forma, i gràcies a aquesta informació som capaços de reconèixer objectes fins i tot quan s'observen sota unes condicions totalment diferents. Per exemple, som capaços de distingir un mateix objecte si l'observem des de diferents punts de vista, distància, condicions d'il·luminació, etc. La Visió per Computador intenta emular el sistema de visió humà mitjançant un sistema de captura d'imatges, un ordinador, i un conjunt de programes. L'objectiu desitjat no és altre que desenvolupar un sistema que pugui entendre una imatge d'una manera similar com ho realitzaria una persona. Aquesta tesi es centra en l'anàlisi de la textura per tal de realitzar el reconeixement de superfícies. La motivació principal és resoldre el problema de la classificació de superfícies texturades quan han estat capturades sota diferents condicions, com ara distància de la càmera o direcció de la il·luminació. D'aquesta forma s'aconsegueix reduir els errors de classificació provocats per aquests canvis en les condicions de captura. En aquest treball es presenta detalladament un sistema de reconeixement de textures que ens permet classificar imatges de diferents superfícies capturades en diferents condicions. El sistema proposat es basa en un model 3D de la superfície (que inclou informació de color i forma) obtingut mitjançant la tècnica coneguda com a 4-Source Colour Photometric Stereo (CPS). Aquesta informació és utilitzada posteriorment per un mètode de predicció de textures amb l'objectiu de generar noves imatges 2D de les textures sota unes noves condicions. Aquestes imatges virtuals que es generen seran la base del nostre sistema de reconeixement, ja que seran utilitzades com a models de referència per al nostre classificador de textures. El sistema de reconeixement proposat combina les Matrius de Co-ocurrència per a l'extracció de característiques de textura, amb la utilització del Classificador del veí més proper. Aquest classificador ens permet al mateix temps aproximar la direcció d'il·luminació present en les imatges que s'utilitzen per testejar el sistema de reconeixement. És a dir, serem capaços de predir l'angle d'il·luminació sota el qual han estat capturades les imatges de test. Els resultats obtinguts en els diferents experiments que s'han realitzat demostren la viabilitat del sistema de predicció de textures, així com del sistema de reconeixement.

Restaural, sistema de gestió de comandes per restaurants

El projecte consisteix en un sistema informatitzat per restaurants centralitzat en un servidor que permet recollir comandes als clients a través de PDA’s i de pantalles tàctils situades a la barra per enviar-les als corresponents llocs d’ elaboració: -Terminal de la cuina on s’elaboraran tots els menjars. -Terminal de la bodega on es serviran els vins i caves. -Terminal barra on es serviran els licors, refrescos (entre d’altres productes totalment configurables). -Terminal de postres on es reben les línies de comanda relacionades amb els postres. L’objectiu acadèmic del projecte serà adquirir coneixement a nivell de disseny i gestió de dades, així com la comunicació de diversos dispositius en temps real. S’utilitzarà la tecnologia .net, concretament el llenguatge de programació visual c# .net. i com a gestor de bases de dades el mysql 5.0.19. A més, es treballa amb la metodologia UML, utilitzant també diversos patrons. Per fer del sistema un sistema centralitzat en un servidor s’utilitzarà la comunicació per terminal service de windows el qual ens brinda la possibilitat d’establir diverses sessions d’usuaris concurrents. Cada sessió estarà destinada a un cambrer, per tant, hi haurà una sessió per PDA

Feedback mitjançant screencast. Percepció dels/de les alumnes i repercussió en el seu aprenentatge

L’avaluació i els comentaris que la complementen i/o suporten són un element de correcció i redirecció de l’aprenentatge dels estudiants. Els imputs que reben els ajuden a assimilar allò que ja han aprés i a comprendre com millorar tot allò que encara no han adquirit de forma adequada. La correcció manual tradicional sobre paper no admet grans arguments ni explicacions i acaba per resumir-se en l’assenyalament de les errades i, en algunes ocasions, dels encerts. L’espai físic i temporal són, sovint, els elements que posen barreres a explicacions més específiques i desenrotllades. L’ús del screencast (gravació audiovisual de la pantalla de l’ordinador i del so al seu voltant) permet enregistrar en pantalla la imatge del treball rebut pel professor, el moviment del ratolí sobre el text/les imatges i la veu del professor fent els comentaris necessaris sense limitacions d’espai ni temps. He aplicat d’aquesta pràctica docent per primera vegada el curs present. Amb el present estudi em propose conèixer quina percepció tenen els/les alumnes d’aquesta incorporació tecnològica a l’avaluació, com repercuteixen els comentaris en àudio al seu aprenentatge i si tenen cap suggeriment que ajude a acceptar, rebutjar i/o millorar el feedback i la valoració mitjançant screencast.

Projecte de base de dades lexicogràfica per a la LSC (llengua de signes catalana)

Les llengües de signes són llengües naturals, però difereixen de les llengües orals en la forma d’interpretació i de transmissió del llenguatge. Els paràmetres fonològics són diferents i la seva organització també. El projecte de base de dades lexicogràfica presenta una proposta per recollir i descriure els ítems lèxics de la llengua de signes catalana, d’acord amb els paràmetres de la modalitat visual. L’objectiu del treball és que pugui ser una eina de consulta per als usuaris d’aquesta llengua, una eina de recerca sobre els paràmetres que regeixen la LSC i sobre la competència gramatical dels humans, i una font per a l’elaboració de diversos materials lexicogràfics

Metodologia a seguir per la reconstrucció d’imatges mèdiques i la seva transformació en geometries mallades per a l’ús computacional

Estudi elaborat a partir d’una estada a l'Imperial College of London, Gran Bretanya, entre setembre i desembre 2006. Disposar d'una geometria bona i ben definida és essencial per a poder resoldre eficientment molts dels models computacionals i poder obtenir uns resultats comparables a la realitat del problema. La reconstrucció d'imatges mèdiques permet transformar les imatges obtingudes amb tècniques de captació a geometries en formats de dades numèriques . En aquest text s'explica de forma qualitativa les diverses etapes que formen el procés de reconstrucció d'imatges mèdiques fins a finalment obtenir una malla triangular per a poder‐la processar en els algoritmes de càlcul. Aquest procés s'inicia a l'escàner MRI de The Royal Brompton Hospital de Londres del que s'obtenen imatges per a després poder‐les processar amb les eines CONGEN10 i SURFGEN per a un entorn MATLAB. Aquestes eines les han desenvolupat investigadors del Bioflow group del departament d'enginyeria aeronàutica del Imperial College of London i en l'ultim apartat del text es comenta un exemple d'una artèria que entra com a imatge mèdica i surt com a malla triangular processable amb qualsevol programari o algoritme que treballi amb malles.

La Incertesa de les dades de residus sòlids urbans

Vegeu el resum del projecte en el fitxer adjunt ResumPFCMuñoz

L’ètica de la investigació aeroespacial: anàlisi de dades, de justificacions oficials i de criteris ètics

Treball de recerca realitzat per una alumna d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. La recerca aeroespacial avui forma part d’un complex aparell productiu i institucional. Però, quin paper ha de jugar aquesta activitat aristocràtica en un món de desigualtats i d’injustícies socials? Quin paper hi juga, de fet? Quins mecanismes i quins criteris hi ha darrere les decisions en aquest àmbit? Disposem de criteris ètics per avaluar-ne l’oportunitat? En la mesura que un pressupost implica una quantificació en diners de les prioritats d’una societat, és necessari avaluar èticament les inversions en aquest àmbit. Per poder respondre sense simplificar els interrogants plantejats, calia dividir la recerca en tres parts: investigació sobre els organismes públics i els programes concrets que s’encarreguen de gestionar la recerca en matèria aeroespacial; a partir d’aquí, determinació de les justificacions de la recerca que oferien aquestes institucions i anàlisi d’aquestes justificacions a la llum de les dades històriques de què disposem, i, finalment, després d’una consulta prèvia amb especialistes en la matèria, avaluació ètica de les qüestions plantejades a partir dels criteris d’alguns dels filòsofs principals en l’àmbit de l’ètica. L’anàlisi ètica de les dades assolides s’ha desenvolupat considerant, entre altres, criteris d’utilitat, de responsabilitat, de prudència i de justícia. Finalment, s’ha cregut oportú cedir la paraula al criteri aristotèlic de prudència, segons el qual és impossible i indesitjable establir a priori una avaluació d’allò que està bé o malament, ja que l’encert ètic sempre restarà pendent d’una valoració molt acurada de les circumstàncies de l’acció, valoració que, d’altra banda, caldrà actualitzar constantment en funció dels canvis històrics, socials i econòmics.

El Catàleg Col·lectiu de les Universitats de Catalunya: control de qualitat i detecció de duplicats en la creació d'una base de dades bibliogràfica

La ponència fa una introducció sobre la teoria, els objectius i els problemes de la detecció i l'eliminació de registres duplicats en bases de dades bibliogràfiques. A continuació, s'explica el procés de creació del Catàleg Col.lectiu de les Universitats de Catalunya (CCUC) amb una breu introducció històrica. Finalment s'analitza i es descriu el procés d'elaboració i el funcionament del programa de detecció de duplicats del CCUC.

Creació d'un sistema d'informació per a la gestió, visualització i ús de les dades d'anivellacions

El present projecte ha consistit en la creació del SIA, Sistema d’Informació d’Anivellacions. Un SIG integrat que ha estat creat per emmagatzemar, gestionar i consultar les dades d’anivellació topogràfica i GPS. El projecte ha comportat tres grans fases: en primer terme s’ha creat una BBDD en Oracle i, posteriorment, amb la finalitat de facilitar la inserció de dades, es crea una aplicació que permet la ràpida inclusió a la BBDD de les noves mesures que arribin a l’IGC. Finalment, es crea un visualitzador amb tecnologia ESRI, més concretament la nova API de Flex que ESRI ha desenvolupat.

lntroducció de tècniques d'aprenentatge col·laboratiu en I'àmbit de bases de dades amb el suport de les tecnologies de la informació

Els canvi recents en els plans d’estudis de la UPC i la UOC tenen en compte el nou espai europeu d’educació superior (EEES). Una de les conseqüències directes a aquests canvis es la necessitat d'aprofitar i optimitzar el temps dedicat a les activitats d'aprenentatge que requereixen la participació activa de l’estudiant i que es realitzen de manera continuada durant el semestre. A més, I'EEES destaca la importància de les pràctiques, les relacions interpersonals i la capacitat per treballar en equip, suggerint la reducció de classes magistrals i l’augment d’activitats que fomentin tant el treball personal de l’estudiant com el cooperatiu. En l’àmbit de la docència informàtica d’assignatures de bases de dades el problema és especialment complex degut a que els enunciats de les proves no acostumen a tenir una solució única. Nosaltres hem desenvolupat una eina anomenada LEARN-SQL, l’objectiu de la qual és corregir automàticament qualsevol tipus de sentència SQL (consultes, actualitzacions, procediments emmagatzemats, disparadors, etc.) i discernir si la resposta aportada per l’estudiant és o no és correcta amb independència de la solució concreta que aquest proposi. D’aquesta manera potenciem l’autoaprenentatge i l’autoavaluació, fent possible la semi-presencialitat supervisada i facilitant l’aprenentatge individualitzat segons les necessitats de cada estudiant. Addicionalment, aquesta eina ajuda als professors a dissenyar les proves d’avaluació, permetent també la opció de revisar qualitativament les solucions aportades pels estudiants. Per últim, el sistema proporciona ajuda als estudiants per a que aprenguin dels seus propis errors, proporcionant retroalimentació de qualitat.

Protecció de dades categòriques i anàlisi de la pèrdua d'informació

Degut a l'expansió de la nostra societat cada dia hi ha més fonts de dades públiques (mèdiques, financeres,...) per a realitzar-hi estudis estadístics. Aquestes fonts de dades són perilloses per a la informació confidencial de les persones o institucions ja que són accessibles per a tothom, per tant necessiten ser protegides abans de ser publicades. En aquest projecte es presenten els diferents mètodes de protecció corresponents a dades categòriques així com un anàlisi de cadascun per a determinar-ne la pèrdua d'informació i el risc de revelació. Finalment també s'ha desenvolupat un mètode per optimitzar els resultats obtinguts pel mètode PRAM.

Creació d’un sistema d’informació per a la gestió i ús de dades d’interferometria

L’objectiu per fer aquest projecte és crear una base de dades amb Oracle 10g per tal d’emmagatzemar les dades d’interferometria d’una manera ordenada i fàcil de consultar. A més a més de la base de dades, també s’ha de crear un aplicatiu de càrrega que permeti a l’usuari guardar noves dades a la base de dades de forma senzilla. Per a fer aquest aplicatiu de càrrega s’ha utilitzat el llenguatge .NET a través de Visual Basic 2010

Estrategies per la inversió tridimensional de dades magnetotel.lúriques:

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Dublin Institute for Advanced Studies, Irlanda, entre setembre i desembre del 2009.En els últims anys s’ha realitzat un important avanç en la modelització tridimensional en magnetotel•lúrica (MT) gracies a l'augment d’algorismes d’inversió tridimensional disponibles. Aquests codis utilitzen diferents formulacions del problema (diferències finites, elements finits o equacions integrals), diverses orientacions del sistema de coordenades i, o bé en el conveni de signe, més o menys, en la dependència temporal. Tanmateix, les impedàncies resultants per a tots els valors d'aquests codis han de ser les mateixes una vegada que es converteixen a un conveni de signe comú i al mateix sistema de coordenades. Per comparar els resultats dels diferents codis hem dissenyat models diferents de resistivitats amb estructures tridimensional incrustades en un subsòl homogeni. Un requisit fonamental d’aquests models és que generin impedàncies amb valors importants en els elements de la diagonal, que no són menyspreables. A diferència dels casos del modelització de dades magnetotel.lúriques unidimensionals i bidimensionals, pel al cas tridimensional aquests elements de les diagonals del tensor d'impedància porten informació sobre l'estructura de la resistivitat. Un dels models de terreny s'utilitza per comparar els diferents algoritmes que és la base per posterior inversió dels diferents codis. Aquesta comparació va ser seguida de la inversió per recuperar el conjunt de dades d'una estructura coneguda.