Airport mobile internet as an indicator of innovation: theoretical model

Trabajo para el doctorado oficial de perspectivas científicas sobre el turismo y la dirección de empresas turísticas, de la Facultad de Economía, Empresa y Turismo de la ULPGC.

Modelización de la dinámica litoral de las playas del sur de Gran Canaria

[ES] En este artículo el autor utiliza un modelo numérico para evaluar en las Playas de El Inglés y Maspalomas los cambios en la posición de la orilla inducidos por el transporte de deriva litoral. Para evaluar dicho transporte se caracterizaron las propiedades de los sedimentos, el clima marítimo y las variaciones de posición de la orilla a partir de los fotogramas aéreos disponibles.

Efecto combinado de la alimentación con la calidad e intensidad de la luz sobre el crecimiento y desarrollo del sistema visual de las larvas de dorada (Sparus aurata) en condiciones de cultivo intensivo

Máster Universitario International en Acuicultura. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Universitario Internacional en Acuicultura, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Caracterización histológica del desarrollo del sistema visual en larvas de Dorada Sparus aurata (Linnaeus 1758)

[ES] El objetivo del presente estudio es aportar nuevos conocimientos sobre el desarrollo del sistema visual en los primeros estadios larvarios de dorada. El entendimiento de la ontogenia del sistema visual puede contribuir a la mejora en las condiciones de iluminación en el cultivo, las cuales podrían tener repercusiones en la obtención de larvas de mejor calidad y unas mayores tasas de supervivencia en el cultivo larvario. Las larvas de la mayoría de los peces son predadores visuales, lo que indica la gran importancia que juega el sistema visual en desarrollo (BLAXTER, 1986). El comportamiento trófico de la larva estará intimamente ligado al desarrollo de su capacidad visual, que depende directamente de la organogénesis de la retina. El estudio muestra que durante el desarrollo post-embrionario y en las primeras etapas de vida larvaria, el sistema visual de dorada Sparus aurata, histologicamente, es muy similar al descrito por otros autores para especies similares, Pagrus major (KAWAMURA,1984), Pagrus auratus (PANKHURST, 1996) y Pagrus pagrus (L. 1758 ) (ROO et al.,1998). El tercer día de vida de la larva es uno de los mas importantes, necesita estar preparada para capturar y digerir sus presas. En este día la larva muestra todas las estructuras necesarias para la función visual. El epitelio pigmentario bien definido, el músculo de la lente esta presente y el iris esta completamente formado. Las condiciones de iluminación que se utilizan en los criaderos comerciales difieren bastante de las condiciones naturales, pudiendo ser un factor a tener en cuenta para la obtención de una mejor calidad de larvas así como unas mejores tasas de supervivencia.

Influencia de la fertilización y el riego sobre aspectos cuali-cuantitavos de la reproducción de cebolla (Allium cepa L.) para la industria del deshidratado

La creciente demanda, en los últimos años, a nivel mundial y nacional de los productos deshidratados hace que esta actividad se perfile como promisoria en la región cuyana. Prácticamente el 100 % de la deshidratación de cebolla (Allium cepa L.) del país se realiza en Mendoza, habiendose hecho sólo producciones aisladas y de escaso volúmen en otras plantas del país. Las estimaciones preveen que se seguirá abasteciendo el mercado local y se incrementaránlas exportaciones de cebolla deshidratada. El objetivo general del presente trabajo fue establecer la influencia de la fertilización y el riego sobre la productividad y calidad de un cultivar mejorado de cebolla de importancia económica para la industria del deshidratado. En el Campo Experimental del INTA La Consulta se llevaron a cabo durante los años 1994-´95 y 1995-´96, dos ciclos de ensayos, con una línea de cebolla para deshidratar derivada del cultivar Southport White Globe. El suelo es de origen aluvial, profundo y de textura franca (Torrifluvente típico). Se determinaron los principales parámetros físicos, químicos e hídricos de la fracción fina del suelo. Para determinar el efecto de la fertilización sobre componentes de crecimiento y calidad y estudiar la variación de la concentración y ritmo de absorción de nutrimentos se ensayaron diferentes tratamientos. En el primer ciclo se ensayaron nueve tratamientos con tres niveles de N (0, 100, 200 kg N ha-1 ) aplicado como urea y tres niveles de P (0, 30, 60 kg P ha-1 ) como superfosfato. En el segundo ciclo se probaron ocho tratamientos con los siguientes niveles de N, P y K, respectivamente: (0 y 100 kg N ha-1), (0 y 40 kg P ha-1) y (0 y 60 kg K ha-1), éste último como sulfato de potasio. Para evaluar el efecto de diferentes regímenes de riego al final del ciclo de cultivo sobre la produccción cuantitativa y cualitativa de cebolla para la industria del deshidratado se programaron cortes anticipados de riegos, según diferentes fechas anteriores a la cosecha. Estas fueron para el primero y segundo ciclo de ensayo, respectivamente: (33, 27, 21, 8) y (21,14, 7) días anteriores a la fecha de cosecha estimada. Las principales conclusiones fueron: A) Con respecto a la fertilización: i) En todos los casos, e independientemente del tratamiento ensayado el mayor incremento relativo de sustancia seca aérea se evidencia durante la II fase de viii desarrollo que tiene lugar entre los primeros días de noviembre y mediados de diciembre ii) En dicha II fase se comienzan a manifestar incrementos absolutos de peso seco aéreo y área foliar atribuibles a la fertilización iii) También en todos los tratamientos se verifica que al finalizar la II fase el peso de los bulbos alcanza el 20 % de su peso de cosecha. En ese momento, los valores determinados para el porcentaje de sólidos totales (% ST) oscilan entre 13 % y 14 % iv) La mayor tasa de crecimiento del bulbo se constató en la III fase en la que se logra el 80% restante de su peso final v) En la III fase el % ST del bulbo sigue en aumento hasta casi el momento de cosecha y alcanzó valores promedios de 20 % y 21 %. La fertilización con diferentes dosis de N, P y K no influyó en el contenido de materia seca de los bulbos aunque sí lo hizo positivamente sobre su peso fresco vi) Los máximos rendimientos de bulbos (37.3 Mg ha-1) y de materia seca (7.92 Mg ha-1) se obtuvieron, en el segundo ciclo de ensayo, con las dosis de 100 kg N ha-1 y 40 kg P ha-1 vii) Los parámetros tisulares aéreos de valor diagnóstico asociados a máximosrendimientos, y al final de la II fase, correspondieron a una Alimentación Global (N, P, K) de 4.96 g % g s. seca y concentraciones de N, P y K respectivamente de: 2.56 g %, 0.22 g % y 2.18 g %. En cuanto a los tenores de Ca y Mg los porcentajes respectivos fueron: 2.10 g % y 0.16 g %. Los valores medios de equilibrios nutricionales fueron: N - P - K: 52 % - 4% - 44%. Con respecto a los micronutrimentos sus concentraciones fueron, en mg kg-1, Fe: 400, Zn: 55, Mn: 35 y Cu:19 y los valores de equilibrios nutricionales : 78.5 % - 11 % - 7 % - 3.5 %, respectivamente viii) La extracción total efectuada por el cultivo para esas máximas producciones, en kg ha-1, de N - P - K - Ca - Mg fueron: 214 - 40 -187 - 184 -19 B) Con respecto a los regímenes de riego: i) El rendimiento máximo obtenido -38.9 Mg ha-1- en el ensayo de cortes anticipados de riego correspondió al tratamiento R7 del ciclo 1995-‘96 ii) El mismo perteneció al tratamiento, que además de la fertilización básica con 100 kg N ha-1, aseguró durante los meses de noviembre, diciembre y enero, ix hasta siete días antes de cosecha, una humedad edáfica mínima (umbral de riego) correspondiente al 50 % del agua disponible. Este tratamiento se caracterizó por un total de 18 riegos y una incorporación de agua de 6120 m3 ha-1. iii) Los rendimientos totales de materia seca fueron afectados detrimentalmente por los otros regímenes de riego de cortes más anticipados iv) Se constató una relación lineal positiva altamente ignificativa entre el rendimiento y la lámina total de agua aplicada al cultivo.

Uso de trampas "Barber" para determinar la diversidad de coleópteros epígeos asociados al cultivo de maní (Arachis hypogaea L.). Córdoba, Argentina

El objetivo fue estudiar la diversidad de coleópteros epígeos en el cultivo de maní, su composición taxonómica y su hábito alimenticio, a fin de aportar conocimientos acerca de especies potencialmente dañinas o benéficas al cultivo. Durante las campañas agrícolas 2004/05, 2005/06 y 2006/07 se colocaron 10 trampas Barber en un lote de maní ubicado en la localidad de Olaeta (Córdoba, Argentina). Se instalaron siguiendo un diseño en "X" dentro del lote en el momento de la siembra del cultivo y se dejaron hasta la cosecha. La colecta se realizó con una frecuencia semanal y el material fue identificado y cuantificado. Se determinó la frecuencia y constancia de cada especie colectada y la riqueza de especies fue calculada a través del Índice de diversidad de Simpson. Se registraron 10 familias y dentro de ellas 19 géneros/especies: los individuos fitófagos representaron entre el 66 y el 71%; los predadores entre el 18 y el 27% y los coprófagos entre el 2 y el 16% en los tres ciclos estudiados. La mayor diversidad (0,80-0,82) se obtuvo entre mediados de diciembre y principios de enero. Las especies fitófagas que se encontraron podrían comportarse como plagas para el cultivo.

Revisión osteológica, análisis filogenético y paleocología de proterochampsidae (Reptilia-arcosauriformes)

Históricamente los proterochámpsidos han sido considerados parte del clado Arcosauriformes, entidad tradicionalmente monofilética que incluye especies desde el Pérmico Tardío a la actualidad, los “Proterosuchidae", Erythrosuchidae, Euparkeria capensis Broom y Archosauria. Los proterochámpsidos se distinguen del resto de los arcosauriformes por un cráneo muy deprimido, transversalmente expandido en el extremo posterior, hocico angosto y alargado longitudinalmente, narinas ubicadas sobre la línea media, ausencia del hueso postfrontal y presencia de un pie asimétrico. La familia Proterochampsidae se compone de cinco géneros triásicos registrados exclusivamente en Argentina y Brasil. En esta familia se incluyen las especies argentinas provenientes de la Formación Ischigualasto (Triásico Superior), Cuenca Ischigualasto-Villa Unión, Proterochampsa barrionuevoi Reig (PVSJ 77; PVSJ 606) y una nueva especie del género Chanaresuchus (PVSJ 567). Estos ejemplares se estudian detalladamente, siendo la primera descripción de los neurocráneos de ambas especies, así como la primer descripción de material poscraneano de Proterochampsa barrionuevoi. Con la información obtenida se realiza un análisis filogenético que incluye los proterochámpsidos diferenciados específicamente. Mediante este análisis se soporta la monofilia de los proterochámpsidos, la cual se sostiene con la sinapomorfía referida a la ausencia de dentículos en ambos lados de los dientes. También se presentan las siguientes relaciones internas del taxón: ((Chanaresuchus sp. nov. + C. bonapartei) + Gualosuchus reigi )+ (P. nodosa + P. barrionuevoi)) y se propone una nueva definición de la Familia Proterochampsidae. En el marco filogenéticamente controlado obtenido se proponen medidas de masa para los ejemplares estudiados y se infiere que los mismos debieron presentar la capacidad el estado de cinesis craneana Competente parcialmente cinético, rasgo compartido con algunos dinosaurios predadores. Tanto el análisis filogenético como el estudio paleoecológico realizado se verán complementados por futuros trabajos dirigidos a dilucidar la microanatomía, paleohistología, microestructura dentaria, así como la morfología de la cavidad encefálica en desarrollo.

BaTboT: a biologically inspired flapping and morphing bat robot actuated by SMA-based artificial muscles

Bats are animals that posses high maneuvering capabilities. Their wings contain dozens of articulations that allow the animal to perform aggressive maneuvers by means of controlling the wing shape during flight (morphing-wings). There is no other flying creature in nature with this level of wing dexterity and there is biological evidence that the inertial forces produced by the wings have a key role in the attitude movements of the animal. This can inspire the design of highly articulated morphing-wing micro air vehicles (not necessarily bat-like) with a significant wing-to-body mass ratio. This thesis presents the development of a novel bat-like micro air vehicle (BaTboT) inspired by the morphing-wing mechanism of bats. BaTboT’s morphology is alike in proportion compared to its biological counterpart Cynopterus brachyotis, which provides the biological foundations for developing accurate mathematical models and methods that allow for mimicking bat flight. In nature bats can achieve an amazing level of maneuverability by combining flapping and morphing wingstrokes. Attempting to reproduce the biological wing actuation system that provides that kind of motion using an artificial counterpart requires the analysis of alternative actuation technologies more likely muscle fiber arrays instead of standard servomotor actuators. Thus, NiTinol Shape Memory Alloys (SMAs) acting as artificial biceps and triceps muscles are used for mimicking the morphing wing mechanism of the bat flight apparatus. This antagonistic configuration of SMA-muscles response to an electrical heating power signal to operate. This heating power is regulated by a proper controller that allows for accurate and fast SMA actuation. Morphing-wings will enable to change wings geometry with the unique purpose of enhancing aerodynamics performance. During the downstroke phase of the wingbeat motion both wings are fully extended aimed at increasing the area surface to properly generate lift forces. Contrary during the upstroke phase of the wingbeat motion both wings are retracted to minimize the area and thus reducing drag forces. Morphing-wings do not only improve on aerodynamics but also on the inertial forces that are key to maneuver. Thus, a modeling framework is introduced for analyzing how BaTboT should maneuver by means of changing wing morphology. This allows the definition of requirements for achieving forward and turning flight according to the kinematics of the wing modulation. Motivated by the biological fact about the influence of wing inertia on the production of body accelerations, an attitude controller is proposed. The attitude control law incorporates wing inertia information to produce desired roll (φ) and pitch (θ) acceleration commands. This novel flight control approach is aimed at incrementing net body forces (Fnet) that generate propulsion. Mimicking the way how bats take advantage of inertial and aerodynamical forces produced by the wings in order to both increase lift and maneuver is a promising way to design more efficient flapping/morphing wings MAVs. The novel wing modulation strategy and attitude control methodology proposed in this thesis provide a totally new way of controlling flying robots, that eliminates the need of appendices such as flaps and rudders, and would allow performing more efficient maneuvers, especially useful in confined spaces. As a whole, the BaTboT project consists of five major stages of development: - Study and analysis of biological bat flight data reported in specialized literature aimed at defining design and control criteria. - Formulation of mathematical models for: i) wing kinematics, ii) dynamics, iii) aerodynamics, and iv) SMA muscle-like actuation. It is aimed at modeling the effects of modulating wing inertia into the production of net body forces for maneuvering. - Bio-inspired design and fabrication of: i) skeletal structure of wings and body, ii) SMA muscle-like mechanisms, iii) the wing-membrane, and iv) electronics onboard. It is aimed at developing the bat-like platform (BaTboT) that allows for testing the methods proposed. - The flight controller: i) control of SMA-muscles (morphing-wing modulation) and ii) flight control (attitude regulation). It is aimed at formulating the proper control methods that allow for the proper modulation of BaTboT’s wings. - Experiments: it is aimed at quantifying the effects of properly wing modulation into aerodynamics and inertial production for maneuvering. It is also aimed at demonstrating and validating the hypothesis of improving flight efficiency thanks to the novel control methods presented in this thesis. This thesis introduces the challenges and methods to address these stages. Windtunnel experiments will be oriented to discuss and demonstrate how the wings can considerably affect the dynamics/aerodynamics of flight and how to take advantage of wing inertia modulation that the morphing-wings enable to properly change wings’ geometry during flapping. Resumen: Los murciélagos son mamíferos con una alta capacidad de maniobra. Sus alas están conformadas por docenas de articulaciones que permiten al animal maniobrar gracias al cambio geométrico de las alas durante el vuelo. Esta característica es conocida como (alas mórficas). En la naturaleza, no existe ningún especimen volador con semejante grado de dexteridad de vuelo, y se ha demostrado, que las fuerzas inerciales producidas por el batir de las alas juega un papel fundamental en los movimientos que orientan al animal en vuelo. Estas características pueden inspirar el diseño de un micro vehículo aéreo compuesto por alas mórficas con redundantes grados de libertad, y cuya proporción entre la masa de sus alas y el cuerpo del robot sea significativa. Esta tesis doctoral presenta el desarrollo de un novedoso robot aéreo inspirado en el mecanismo de ala mórfica de los murciélagos. El robot, llamado BaTboT, ha sido diseñado con parámetros morfológicos muy similares a los descritos por su símil biológico Cynopterus brachyotis. El estudio biológico de este especimen ha permitido la definición de criterios de diseño y modelos matemáticos que representan el comportamiento del robot, con el objetivo de imitar lo mejor posible la biomecánica de vuelo de los murciélagos. La biomecánica de vuelo está definida por dos tipos de movimiento de las alas: aleteo y cambio de forma. Intentar imitar como los murciélagos cambian la forma de sus alas con un prototipo artificial, requiere el análisis de métodos alternativos de actuación que se asemejen a la biomecánica de los músculos que actúan las alas, y evitar el uso de sistemas convencionales de actuación como servomotores ó motores DC. En este sentido, las aleaciones con memoria de forma, ó por sus siglas en inglés (SMA), las cuales son fibras de NiTinol que se contraen y expanden ante estímulos térmicos, han sido usados en este proyecto como músculos artificiales que actúan como bíceps y tríceps de las alas, proporcionando la funcionalidad de ala mórfica previamente descrita. De esta manera, los músculos de SMA son mecánicamente posicionados en una configuración antagonista que permite la rotación de las articulaciones del robot. Los actuadores son accionados mediante una señal de potencia la cual es regulada por un sistema de control encargado que los músculos de SMA respondan con la precisión y velocidad deseada. Este sistema de control mórfico de las alas permitirá al robot cambiar la forma de las mismas con el único propósito de mejorar el desempeño aerodinámico. Durante la fase de bajada del aleteo, las alas deben estar extendidas para incrementar la producción de fuerzas de sustentación. Al contrario, durante el ciclo de subida del aleteo, las alas deben contraerse para minimizar el área y reducir las fuerzas de fricción aerodinámica. El control de alas mórficas no solo mejora el desempeño aerodinámico, también impacta la generación de fuerzas inerciales las cuales son esenciales para maniobrar durante el vuelo. Con el objetivo de analizar como el cambio de geometría de las alas influye en la definición de maniobras y su efecto en la producción de fuerzas netas, simulaciones y experimentos han sido llevados a cabo para medir cómo distintos patrones de modulación de las alas influyen en la producción de aceleraciones lineales y angulares. Gracias a estas mediciones, se propone un control de vuelo, ó control de actitud, el cual incorpora información inercial de las alas para la definición de referencias de aceleración angular. El objetivo de esta novedosa estrategia de control radica en el incremento de fuerzas netas para la adecuada generación de movimiento (Fnet). Imitar como los murciélagos ajustan sus alas con el propósito de incrementar las fuerzas de sustentación y mejorar la maniobra en vuelo es definitivamente un tópico de mucho interés para el diseño de robots aéros mas eficientes. La propuesta de control de vuelo definida en este trabajo de investigación podría dar paso a una nueva forma de control de vuelo de robots aéreos que no necesitan del uso de partes mecánicas tales como alerones, etc. Este control también permitiría el desarrollo de vehículos con mayor capacidad de maniobra. El desarrollo de esta investigación se centra en cinco etapas: - Estudiar y analizar el vuelo de los murciélagos con el propósito de definir criterios de diseño y control. - Formular modelos matemáticos que describan la: i) cinemática de las alas, ii) dinámica, iii) aerodinámica, y iv) actuación usando SMA. Estos modelos permiten estimar la influencia de modular las alas en la producción de fuerzas netas. - Diseño y fabricación de BaTboT: i) estructura de las alas y el cuerpo, ii) mecanismo de actuación mórfico basado en SMA, iii) membrana de las alas, y iv) electrónica abordo. - Contro de vuelo compuesto por: i) control de la SMA (modulación de las alas) y ii) regulación de maniobra (actitud). - Experimentos: están enfocados en poder cuantificar cuales son los efectos que ejercen distintos perfiles de modulación del ala en el comportamiento aerodinámico e inercial. El objetivo es demostrar y validar la hipótesis planteada al inicio de esta investigación: mejorar eficiencia de vuelo gracias al novedoso control de orientación (actitud) propuesto en este trabajo. A lo largo del desarrollo de cada una de las cinco etapas, se irán presentando los retos, problemáticas y soluciones a abordar. Los experimentos son realizados utilizando un túnel de viento con la instrumentación necesaria para llevar a cabo las mediciones de desempeño respectivas. En los resultados se discutirá y demostrará que la inercia producida por las alas juega un papel considerable en el comportamiento dinámico y aerodinámico del sistema y como poder tomar ventaja de dicha característica para regular patrones de modulación de las alas que conduzcan a mejorar la eficiencia del robot en futuros vuelos.

Diseño, optimización y análisis de sistemas basados en técnicas láser, para el modelado geométrico, registro y documentación, aplicados a entidades de interés patrimonial.

El objetivo de la presente tesis doctoral es el desarrollo e implementación de un sistema para mejorar la metodología de extracción de la información geométrica necesaria asociada a los procesos de documentación de entidades de interés patrimonial, a partir de la información proporcionada por el empleo de sensores láser, tanto aéreos como terrestres. Para ello, inicialmente se realiza una presentación y justificación de los antecedentes y la problemática en el registro de información geométrica para el patrimonio, detallando todos aquellos sistemas de registro y análisis de la información geométrica utilizados en la actualidad. Este análisis permitirá realizar la comparación con los sistemas de registro basados en técnicas láser, aportando sugerencias de utilización para cada caso concreto. Posteriormente, se detallan los sistemas de registro basados en técnicas láser, comenzando por los sensores aerotransportados y concluyendo con el análisis pormenorizado de los sensores terrestres, tanto en su aplicación en modo estático como móvil. Se exponen las características técnicas y funcionamiento de cada uno de ellos, así como los ámbitos de aplicación y productos generados. Se analizan las fuentes de error que determinan la precisión que puede alcanzar el sistema. Tras la exposición de las características de los sistemas LiDAR, se detallan los procesos a realizar con los datos extraídos para poder generar la información necesaria para los diferentes tipos de objetos analizados. En esta exposición, se hace hincapié en los posibles riesgos que pueden ocurrir en algunas fases delicadas y se analizarán los diferentes algoritmos de filtrado y clasificación de los puntos, fundamentales en el procesamiento de la información LiDAR. Seguidamente, se propone una alternativa para optimizar los modelos de procesamiento existentes, basándose en el desarrollo de algoritmos nuevos y herramientas informáticas que mejoran el rendimiento en la gestión de la información LiDAR. En la implementación, se han tenido en cuenta características y necesidades particulares de la documentación de entidades de interés patrimonial, así como los diferentes ámbitos de utilización del LiDAR, tanto aéreo como terrestre. El resultado es un organigrama de las tareas a realizar desde la nube de puntos LiDAR hasta el cálculo de los modelos digitales del terreno y de superficies. Para llevar a cabo esta propuesta, se han desarrollado hasta 19 algoritmos diferentes que comprenden implementaciones para el modelado en 2.5D y 3D, visualización, edición, filtrado y clasificación de datos LiDAR, incorporación de información de sensores pasivos y cálculo de mapas derivados, tanto raster como vectoriales, como pueden ser mapas de curvas de nivel y ortofotos. Finalmente, para dar validez y consistencia a los desarrollos propuestos, se han realizado ensayos en diferentes escenarios posibles en un proceso de documentación del patrimonio y que abarcan desde proyectos con sensores aerotransportados, proyectos con sensores terrestres estáticos a media y corta distancia, así como un proyecto con un sensor terrestre móvil. Estos ensayos han permitido definir los diferentes parámetros necesarios para el adecuado funcionamiento de los algoritmos propuestos. Asimismo, se han realizado pruebas objetivas expuestas por la ISPRS para la evaluación y comparación del funcionamiento de algoritmos de clasificación LiDAR. Estas pruebas han permitido extraer datos de rendimiento y efectividad del algoritmo de clasificación presentado, permitiendo su comparación con otros algoritmos de prestigio existentes. Los resultados obtenidos han constatado el funcionamiento satisfactorio de la herramienta. Esta tesis está enmarcada dentro del proyecto Consolider-Ingenio 2010: “Programa de investigación en tecnologías para la valoración y conservación del patrimonio cultural” (ref. CSD2007-00058) realizado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad Politécnica de Madrid. ABSTRACT: The goal of this thesis is the design, development and implementation of a system to improve the extraction of useful geometric information in Heritage documentation processes. This system is based on information provided by laser sensors, both aerial and terrestrial. Firstly, a presentation of recording geometric information for Heritage processes is done. Then, a justification of the background and problems is done too. Here, current systems for recording and analyzing the geometric information are studied. This analysis will perform the comparison with the laser system techniques, providing suggestions of use for each specific case. Next, recording systems based on laser techniques are detailed. This study starts with airborne sensors and ends with terrestrial ones, both in static and mobile application. The technical characteristics and operation of each of them are described, as well as the areas of application and generated products. Error sources are also analyzed in order to know the precision this technology can achieve. Following the presentation of the LiDAR system characteristics, the processes to generate the required information for different types of scanned objects are described; the emphasis is on the potential risks that some steps can produce. Moreover different filtering and classification algorithms are analyzed, because of their main role in LiDAR processing. Then, an alternative to optimize existing processing models is proposed. It is based on the development of new algorithms and tools that improve the performance in LiDAR data management. In this implementation, characteristics and needs of the documentation of Heritage entities have been taken into account. Besides, different areas of use of LiDAR are considered, both air and terrestrial. The result is a flowchart of tasks from the LiDAR point cloud to the calculation of digital terrain models and digital surface models. Up to 19 different algorithms have been developed to implement this proposal. These algorithms include implementations for 2.5D and 3D modeling, viewing, editing, filtering and classification of LiDAR data, incorporating information from passive sensors and calculation of derived maps, both raster and vector, such as contour maps and orthophotos. Finally, in order to validate and give consistency to the proposed developments, tests in different cases have been executed. These tests have been selected to cover different possible scenarios in the Heritage documentation process. They include from projects with airborne sensors, static terrestrial sensors (medium and short distances) to mobile terrestrial sensor projects. These tests have helped to define the different parameters necessary for the appropriate functioning of the proposed algorithms. Furthermore, proposed tests from ISPRS have been tested. These tests have allowed evaluating the LiDAR classification algorithm performance and comparing it to others. Therefore, they have made feasible to obtain performance data and effectiveness of the developed classification algorithm. The results have confirmed the reliability of the tool. This investigation is framed within Consolider-Ingenio 2010 project titled “Programa de investigación en tecnologías para la valoración y conservación del patrimonio cultural” (ref. CSD2007-00058) by Consejo Superior de Investigaciones Científicas and Universidad Politécnica de Madrid.

Soft-computing based visual control for unmanned vehicles

El objetivo principal de esta Tesis es extender la utilización del “Soft- Computing” para el control de vehículos sin piloto utilizando visión. Este trabajo va más allá de los típicos sistemas de control utilizados en entornos altamente controlados, demonstrando la fuerza y versatilidad de la lógica difusa (Fuzzy Logic) para controlar vehículos aéreos y terrestres en un abanico de applicaciones diferentes. Para esta Tesis se ha realizado un gran número de pruebas reales en las cuales los controladores difusos han manejado una plataforma visual “pan-and-tilt”, un helicoptero, un coche comercial y hasta dos tipos de quadrirotores. El uso del método de optimización “Cross-Entropy” ha sido utilizado para mejorar el comportamiento de algunos de los controladores borrosos. Todos los controladores difusos presentados en ésta Tesis han sido implementados utilizando un código desarrollado por el candidato para tal efecto, llamado MOFS (Miguel Olivares’ Fuzzy Software). Diferentes algoritmos visuales han sido utilizados para adquirir la informaci´on visual del entorno, “Cmashift”, descomposición de la homografía y detección de marcas de realidad aumentada, entre otros. Dicha información visual ha sido utilizada como entrada de los controladores difusos para comandar los vehículos en las diferentes applicaciones autonomas. El volante de un vehículo comercial ha sido controlado para realizar pruebas de conducción autónoma en condiciones de tráfico similares a las de una ciudad. El sistema ha llegado a completar con éxito pruebas de más de 6 km sin ninguna interacción humana, mediante el seguimiento de una línea pintada en el suelo. El limitado campo visual del sistema no ha sido impedimento para alcanzar velocidades de hasta 48 km/h y ser guiado autonomamente en curvas de radio reducido. Objetos estáticos y móviles han sido seguidos desde un helicoptero no tripulado, mediante el control de una plataforma visual “pan-and-tilt”. ´Éste mismo helicoptero ha sido controlado completamente para su aterrizaje autonomo, mediante el control del movimiento lateral (roll), horizontal (pitch) y de altitud. El seguimiento de objetos volantes ha sido resulto mediante el control horizontal (pitch) y de orientación (heading) de un quadrirotor. Para tareas de evitación de obstáculos se ha implementado un controlador difuso para el manejo de la orientación (heading) de un quadrirotor. En el campo de la optimización de controladores se ha aportado al estado del arte una extensión del uso del método “Cross-Entropy”. Está Tesis presenta una novedosa implementación de dicho método para la optimización de las ganancias, la posición y medida de los conjuntos de las funciones de pertenecia y el peso de las reglas para mejorar el comportamiento de un controlador difuso. Dichos procesos de optimización se han realizado utilizando “ROS” y “Matlab Simulink” para obtener mejores resultados para la evitación de colisiones con vehículos aéreos no tripulados. Ésta Tesis demuestra que los controladores implementados con lógica difusa son altamente capaces de controlador sistemas sin tener en cuenta el modelo del vehículo a controlador en entornos altamente perturbables con un sensor de bajo coste como es una cámara. El ruido presentes causado por los cambios de iluminación en la adquisición de imágenes y la alta incertidumbre en la detección visual han sido manejados satisfactoriamente por ésta técnica de de “Soft-Computing” para distintas aplicaciones tanto con vehículos aéreos como terrestres.

Estudio de los Factores Humanos en los Cockpits de Aeronaves Comerciales

El presente PFC se centra en la interacción de los factores humanos en las cabinas de aeronaves comerciales y sus implicaciones en accidentes e incidentes aéreos. Este estudio contempla un análisis del modelo de accidentes de James Reason, así como una aplicación practica al accidente del vuelo AF447. A lo largo del proyecto se describen factores como comunicación efectiva, pérdida de consciencia situacional, fatiga y estrés. También se muestran una serie de entrevistas realizadas a pilotos de aeronaves comerciales.

Visual Tracking, Pose Estimation, and Control for Aerial Vehicles

El principal objetivo de esta tesis es dotar a los vehículos aéreos no tripulados (UAVs, por sus siglas en inglés) de una fuente de información adicional basada en visión. Esta fuente de información proviene de cámaras ubicadas a bordo de los vehículos o en el suelo. Con ella se busca que los UAVs realicen tareas de aterrizaje o inspección guiados por visión, especialmente en aquellas situaciones en las que no haya disponibilidad de estimar la posición del vehículo con base en GPS, cuando las estimaciones de GPS no tengan la suficiente precisión requerida por las tareas a realizar, o cuando restricciones de carga de pago impidan añadir sensores a bordo de los vehículos. Esta tesis trata con tres de las principales áreas de la visión por computador: seguimiento visual y estimación visual de la pose (posición y orientación), que a su vez constituyen la base de la tercera, denominada control servo visual, que en nuestra aplicación se enfoca en el empleo de información visual para controlar los UAVs. Al respecto, esta tesis se ocupa de presentar propuestas novedosas que permitan solucionar problemas relativos al seguimiento de objetos mediante cámaras ubicadas a bordo de los UAVs, se ocupa de la estimación de la pose de los UAVs basada en información visual obtenida por cámaras ubicadas en el suelo o a bordo, y también se ocupa de la aplicación de las técnicas propuestas para solucionar diferentes problemas, como aquellos concernientes al seguimiento visual para tareas de reabastecimiento autónomo en vuelo o al aterrizaje basado en visión, entre otros. Las diversas técnicas de visión por computador presentadas en esta tesis se proponen con el fin de solucionar dificultades que suelen presentarse cuando se realizan tareas basadas en visión con UAVs, como las relativas a la obtención, en tiempo real, de estimaciones robustas, o como problemas generados por vibraciones. Los algoritmos propuestos en esta tesis han sido probados con información de imágenes reales obtenidas realizando pruebas on-line y off-line. Diversos mecanismos de evaluación han sido empleados con el propósito de analizar el desempeño de los algoritmos propuestos, entre los que se incluyen datos simulados, imágenes de vuelos reales, estimaciones precisas de posición empleando el sistema VICON y comparaciones con algoritmos del estado del arte. Los resultados obtenidos indican que los algoritmos de visión por computador propuestos tienen un desempeño que es comparable e incluso mejor al de algoritmos que se encuentran en el estado del arte. Los algoritmos propuestos permiten la obtención de estimaciones robustas en tiempo real, lo cual permite su uso en tareas de control visual. El desempeño de estos algoritmos es apropiado para las exigencias de las distintas aplicaciones examinadas: reabastecimiento autónomo en vuelo, aterrizaje y estimación del estado del UAV. Abstract The main objective of this thesis is to provide Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) with an additional vision-based source of information extracted by cameras located either on-board or on the ground, in order to allow UAVs to develop visually guided tasks, such as landing or inspection, especially in situations where GPS information is not available, where GPS-based position estimation is not accurate enough for the task to develop, or where payload restrictions do not allow the incorporation of additional sensors on-board. This thesis covers three of the main computer vision areas: visual tracking and visual pose estimation, which are the bases the third one called visual servoing, which, in this work, focuses on using visual information to control UAVs. In this sense, the thesis focuses on presenting novel solutions for solving the tracking problem of objects when using cameras on-board UAVs, on estimating the pose of the UAVs based on the visual information collected by cameras located either on the ground or on-board, and also focuses on applying these proposed techniques for solving different problems, such as visual tracking for aerial refuelling or vision-based landing, among others. The different computer vision techniques presented in this thesis are proposed to solve some of the frequently problems found when addressing vision-based tasks in UAVs, such as obtaining robust vision-based estimations at real-time frame rates, and problems caused by vibrations, or 3D motion. All the proposed algorithms have been tested with real-image data in on-line and off-line tests. Different evaluation mechanisms have been used to analyze the performance of the proposed algorithms, such as simulated data, images from real-flight tests, publicly available datasets, manually generated ground truth data, accurate position estimations using a VICON system and a robotic cell, and comparison with state of the art algorithms. Results show that the proposed computer vision algorithms obtain performances that are comparable to, or even better than, state of the art algorithms, obtaining robust estimations at real-time frame rates. This proves that the proposed techniques are fast enough for vision-based control tasks. Therefore, the performance of the proposed vision algorithms has shown to be of a standard appropriate to the different explored applications: aerial refuelling and landing, and state estimation. It is noteworthy that they have low computational overheads for vision systems.