Desarrollo de un sistema hardware modular que implemente los instrumentos de un laboratorio de electrónica

El poder disponer de la instrumentación y los equipos electrónicos resulta vital en el diseño de circuitos analógicos. Permiten realizar las pruebas necesarias y el estudio para el buen funcionamiento de estos circuitos. Los equipos se pueden diferenciar en instrumentos de excitación, los que proporcionan las señales al circuito, y en instrumentos de medida, los que miden las señales generadas por el circuito. Estos equipos sirven de gran ayuda pero a su vez tienen un precio elevado lo que impide en muchos casos disponer de ellos. Por esta principal desventaja, se hace necesario conseguir un dispositivo de bajo coste que sustituya de alguna manera a los equipos reales. Si el instrumento es de medida, este sistema de bajo coste puede ser implementado mediante un equipo hardware encargado de adquirir los datos y una aplicación ejecutándose en un ordenador donde analizarlos y presentarlos en la pantalla. En el caso de que el instrumento sea de excitación, el único cometido del sistema hardware es el de proporcionar las señales cuya configuración ha enviado el ordenador. En un equipo real, es el propio equipo el que debe realizar todas esas acciones: adquisición, procesamiento y presentación de los datos. Además, la dificultad de realizar modificaciones o ampliaciones de las funcionalidades en un instrumento tradicional con respecto a una aplicación de queda patente. Debido a que un instrumento tradicional es un sistema cerrado y uno cuya configuración o procesamiento de datos es hecho por una aplicación, algunas de las modificaciones serían realizables modificando simplemente el software del programa de control, por lo que el coste de las modificaciones sería menor. En este proyecto se pretende implementar un sistema hardware que tenga las características y realice las funciones del equipamiento real que se pueda encontrar en un laboratorio de electrónica. También el desarrollo de una aplicación encargada del control y el análisis de las señales adquiridas, cuya interfaz gráfica se asemeje a la de los equipos reales para facilitar su uso. ABSTRACT. The instrumentation and electronic equipment are vital for the design of analogue circuits. They enable to perform the necessary testing and study for the proper functioning of these circuits. The devices can be classified into the following categories: excitation instruments, which transmit the signals to the circuit, and measuring instruments, those in charge of measuring the signals produced by the circuit. This equipment is considerably helpful, however, its high price often makes it hardly accessible. For this reason, low price equipment is needed in order to replace real devices. If the instrument is measuring, this low cost system can be implemented by hardware equipment to acquire the data and running on a computer where analyzing and present on the screen application. In case of an excitation the instrument, the only task of the hardware system is to provide signals which sent the computer configuration. In a real instrument, is the instrument itself that must perform all these actions: acquisition, processing and presentation of data. Moreover, the difficulty of making changes or additions to the features in traditional devices with respect to an application running on a computer is evident. This is due to the fact that a traditional instrument is a closed system and its configuration or data processing is made by an application. Therefore, certain changes can be made just by modifying the control program software. Consequently, the cost of these modifications is lower. This project aims to implement a hardware system with the same features and functions of any real device, available in an electronics laboratory. Besides, it aims to develop an application for the monitoring and analysis of acquired signals. This application is provided with a graphic interface resembling those of real devices in order to facilitate its use.

Using aircraft as wind sensors for estimating accurate wind fields for air traffic management applications

A study which examines the use of aircraft as wind sensors in a terminal area for real-time wind estimation in order to improve aircraft trajectory prediction is presented in this paper. We describe not only different sources in the aircraft systems that provide the variables needed to derivate the wind velocity but the capabilities which allow us to present this information for ATM Applications. Based on wind speed samples from aircraft landing at Madrid-Barajas airport, a real-time wind field will be estimated using a data processing approach through a minimum variance method. Finally the accuracy of this procedure will be evaluated for this information to be useful to Air Traffic Control.

Implementación de un sistema informático para el procesamiento de datos de tráfico vial

El presente Trabajo de Fin de Grado se enmarca dentro de un sistema de control y desarrollo de sistemas inteligentes de transporte (ITS). Este Trabajo consta de varias líneas de desarrollo, que se engloban dentro de dicho marco y surgen de la necesidad de aumentar la seguridad, flujo, estructura y mantenimiento de las carreteras incorporando las tecnologías más recientes. En primer lugar, el presente Trabajo se centra en el desarrollo de un nuevo sistema de procesamiento de datos de tráfico en tiempo real que aprovecha las tecnologías de Big Data, Cloud Computing y Map-Reduce que han surgido estos últimos años. Para ello se realiza un estudio previo de los datos de tráfico vial que originan los vehículos que viajan por carreteras. Centrándose en el sistema empleado por la Dirección General de Tráfico de España y comparándolos con el de las Empresas basadas en servicios de localización (LBS). Se expone el modelo Hadoop utilizado así como el proceso Map-Reduce implementado en este sistema analizador. Por último los datos de salida son preparados y enviados a un módulo web básico que actúa como Sistema de Información Geográfica (GIS).---ABSTRACT---This Final Degree Project is part of a control system and development of intelligent transport systems (ITS). This work is part of a several lines of development, which are included within this framework and arise from the need to increase security, flow, structure and maintenance of roads incorporating the latest technologies. First, this paper focuses on the development of a new data processing system of real-time traffic that takes advantage of Big Data, Cloud Computing and Map-Reduce technologies emerged in our recent years. It is made a preliminary study of road traffic data originated by vehicles traveling by road. Focusing on the system used by the Dirección General de Tráfico of Spain and compared with that of the companies offering location based services (LBS). It is exposed the used Hadoop model and the Map-Reduce process implemented on this analyzer system. Finally, the output data is prepared and sent to a basic web module that acts as Geographic Information System (GIS).

Uma nova arquitetura para Internet das Coisas com análise e reconhecimento de padrões e processamento com Big Data.

A Internet das Coisas é um novo paradigma de comunicação que estende o mundo virtual (Internet) para o mundo real com a interface e interação entre objetos. Ela possuirá um grande número de dispositivos heteregôneos interconectados, que deverá gerar um grande volume de dados. Um dos importantes desafios para seu desenvolvimento é se guardar e processar esse grande volume de dados em aceitáveis intervalos de tempo. Esta pesquisa endereça esse desafio, com a introdução de serviços de análise e reconhecimento de padrões nas camadas inferiores do modelo de para Internet das Coisas, que procura reduzir o processamento nas camadas superiores. Na pesquisa foram analisados os modelos de referência para Internet das Coisas e plataformas para desenvolvimento de aplicações nesse contexto. A nova arquitetura de implementada estende o LinkSmart Middeware pela introdução de um módulo para reconhecimento de padrões, implementa algoritmos para estimação de valores, detecção de outliers e descoberta de grupos nos dados brutos, oriundos de origens de dados. O novo módulo foi integrado à plataforma para Big Data Hadoop e usa as implementações algorítmicas do framework Mahout. Este trabalho destaca a importância da comunicação cross layer integrada à essa nova arquitetura. Nos experimentos desenvolvidos na pesquisa foram utilizadas bases de dados reais, provenientes do projeto Smart Santander, de modo a validar da nova arquitetura de IoT integrada aos serviços de análise e reconhecimento de padrões e a comunicação cross-layer.

Controle de uma plataforma inercial estabilizada com três graus de liberdade.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma plataforma inercial autônoma com três graus de liberdade para aplicação em estabilização de sensores - por exemplo, gravimétricos estacionários e embarcados - podendo ser utilizada também para estabilização de câmeras. O sistema é formado pela Unidade de Medida Inercial, IMU, desenvolvida utilizando um sensor micro eletromecânico, MEMS - que possui acelerômetro, giroscópio e magnetômetros nos três eixos de orientação - e um microcontrolador para aquisição, processamento e envio dos dados ao sistema de controle e aquisição de dados. Para controle dos ângulos de inclinação e orientação da plataforma, foi implementado um controlador PID digital utilizando microcontrolador. Este recebe os dados da IMU e fornece os sinais de controle utilizando as saídas PWM que acionam os motores, os quais controlam a posição da plataforma. Para monitoramento da plataforma foi desenvolvido um programa para aquisição de dados em tempo real em ambiente Matlab, por meio do qual se pode visualizar e gravar os sinais da IMU, os ângulos de inclinação e a velocidade angular. Testou-se um sistema de transmissão de dados por rádio frequência entre a IMU e o sistema de aquisição de dados e controle para avaliar a possibilidade da não utilização de slip rings ou fios entre o eixo de rotação e os quadros da plataforma. Entretanto, verificou-se a inviabilidade da transmissão em razão da baixa velocidade de transmissão e dos ruídos captados pelo receptor de rádio frequência durante osmovimentos da plataforma. Sendo assim, dois pares de fios trançados foram utilizados fios para conectar o sensor inercial ao sistema de aquisição e processamento.

Metodologia para aquisição de sinal elétrico e tratamento de dados em reômetros servo controlados.

A ciência na qual se estuda a deformação de um fluido no qual é aplicada uma tensão de cisalhamento é conhecida como reologia e o equipamento utilizado para a realização dos ensaios é chamado de reômetro. Devido a impraticabilidade de uso de reômetros comerciais, diversos pesquisadores desenvolveram reômetros capazes de analisar suspensões de macropartículas, baseados nos mesmos princípios de funcionamento dos equipamentos já existentes. Em alguns casos, a medição do torque do motor é realizada pela aquisição da tensão, uma vez que esta é proporcional ao torque. Entretanto, para melhor compreensão do resultado e para evitar a possibilidade de conclusões precipitadas, vê-se necessária correta interpretação do sinal elétrico, precisando avaliar qual frequência do sinal é relevante para o ensaio e, também, qual a melhor taxa de amostragem. Além da aquisição, para que o ensaio reológico seja realizado com precisão, é indispensável ótimo controle da taxa ou tensão do motor e uma alternativa é a utilização de um servomotor e um servoconversor. No caso desse ser comercial é essencial saber configurá-lo. Para facilitar o usuário leigo, alguns pesquisadores desenvolveram softwares para controle do equipamento e análise dos dados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para compreender o sinal aquisitado de um reômetro servo controlado e desenvolvimento do software de análise para o tratamento dos dados obtidos a partir de ensaios reológicos. Verificou-se a melhor configuração do servocontrolador, a melhor taxa de amostragem, de no mínimo 20 amostras/segundo, e, também, desenvolveu-se um filtro digital passa-baixa do tipo FIR para remover a frequência indesejada. Além disso, foi desenvolvido um software utilizando uma rotina em Matlab e uma interface gráfica do usuário (Graphical User Interface - GUI), para o pós-processamento dos dados para auxiliar o usuário leigo no tratamento e interpretação do resultado, que se mostrou eficaz.

Advanced interpretation of subsidence in Murcia (SE Spain) using A-DInSAR data – modelling and validation

Subsidence is a natural hazard that affects wide areas in the world causing important economic costs annually. This phenomenon has occurred in the metropolitan area of Murcia City (SE Spain) as a result of groundwater overexploitation. In this work aquifer system subsidence is investigated using an advanced differential SAR interferometry remote sensing technique (A-DInSAR) called Stable Point Network (SPN). The SPN derived displacement results, mainly the velocity displacement maps and the time series of the displacement, reveal that in the period 2004–2008 the rate of subsidence in Murcia metropolitan area doubled with respect to the previous period from 1995 to 2005. The acceleration of the deformation phenomenon is explained by the drought period started in 2006. The comparison of the temporal evolution of the displacements measured with the extensometers and the SPN technique shows an average absolute error of 3.9±3.8 mm. Finally, results from a finite element model developed to simulate the recorded time history subsidence from known water table height changes compares well with the SPN displacement time series estimations. This result demonstrates the potential of A-DInSAR techniques to validate subsidence prediction models as an alternative to using instrumental ground based techniques for validation.

Improving 3D Keypoint Detection from Noisy Data Using Growing Neural Gas

3D sensors provides valuable information for mobile robotic tasks like scene classification or object recognition, but these sensors often produce noisy data that makes impossible applying classical keypoint detection and feature extraction techniques. Therefore, noise removal and downsampling have become essential steps in 3D data processing. In this work, we propose the use of a 3D filtering and down-sampling technique based on a Growing Neural Gas (GNG) network. GNG method is able to deal with outliers presents in the input data. These features allows to represent 3D spaces, obtaining an induced Delaunay Triangulation of the input space. Experiments show how the state-of-the-art keypoint detectors improve their performance using GNG output representation as input data. Descriptors extracted on improved keypoints perform better matching in robotics applications as 3D scene registration.

Subsidence activity maps derived from DInSAR data: Orihuela case study

A new methodology is proposed to produce subsidence activity maps based on the geostatistical analysis of persistent scatterer interferometry (PSI) data. PSI displacement measurements are interpolated based on conditional Sequential Gaussian Simulation (SGS) to calculate multiple equiprobable realizations of subsidence. The result from this process is a series of interpolated subsidence values, with an estimation of the spatial variability and a confidence level on the interpolation. These maps complement the PSI displacement map, improving the identification of wide subsiding areas at a regional scale. At a local scale, they can be used to identify buildings susceptible to suffer subsidence related damages. In order to do so, it is necessary to calculate the maximum differential settlement and the maximum angular distortion for each building of the study area. Based on PSI-derived parameters those buildings in which the serviceability limit state has been exceeded, and where in situ forensic analysis should be made, can be automatically identified. This methodology has been tested in the city of Orihuela (SE Spain) for the study of historical buildings damaged during the last two decades by subsidence due to aquifer overexploitation. The qualitative evaluation of the results from the methodology carried out in buildings where damages have been reported shows a success rate of 100%.

Subsidence damage assessment of a Gothic church using differential interferometry and field data

The Santas Justa and Rufina Gothic church (fourteenth century) has suffered several physical, mechanical, chemical, and biochemical types of pathologies along its history: rock alveolization, efflorescence, biological activity, and capillary ascent of groundwater. However, during the last two decades, a new phenomenon has seriously affected the church: ground subsidence caused by aquifer overexploitation. Subsidence is a process that affects the whole Vega Baja of the Segura River basin and consists of gradual sinking in the ground surface caused by soil consolidation due to a pore pressure decrease. This phenomenon has been studied by differential synthetic aperture radar interferometry techniques, which illustrate settlements up to 100 mm for the 1993–2009 period for the whole Orihuela city. Although no differential synthetic aperture radar interferometry information is available for the church due to the loss of interferometric coherence, the spatial analysis of nearby deformation combined with fieldwork has advanced the current understanding on the mechanisms that affect the Santas Justa and Rufina church. These results show the potential interest and the limitations of using this remote sensing technique as a complementary tool for the forensic analysis of building structures.

Pressure and processed water levels from the Time Series Station Spiekeroog, 2005-2011

The quality of water level time series data strongly varies with periods of high and low quality sensor data. In this paper we are presenting the processing steps which were used to generate high quality water level data from water pressure measured at the Time Series Station (TSS) Spiekeroog. The TSS is positioned in a tidal inlet between the islands of Spiekeroog and Langeoog in the East Frisian Wadden Sea (southern North Sea). The processing steps will cover sensor drift, outlier identification, interpolation of data gaps and quality control. A central step is the removal of outliers. For this process an absolute threshold of 0.25m/10min was selected which still keeps the water level increase and decrease during extreme events as shown during the quality control process. A second important feature of data processing is the interpolation of gappy data which is accomplished with a high certainty of generating trustworthy data. Applying these methods a 10 years dataset (December 2002-December 2012) of water level information at the TSS was processed resulting in a seven year time series (2005-2011).

Instrumentation for measuring pavement-vehicle interaction. Volume II: Digalog Systems operation and maintenance manual, data acquisition system, model DLI 203. Final report.

Federal Highway Administration, Structures and Applied Mechanics Division, Washington, D.C.

Guide to reporting highway statistics: procedures for the compilation, analysis and reporting of: state motor-fuel, motor-vehicle, driver-license and motor-carrier data; highway finance data of state and local governments.

Mode of access: Internet.

Waveform generator signal processing software. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Research and Development, Washington, D.C.

Development of a data link from PDP 11/34 computer to HP 9830 calculator. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, East Liberty, Ohio