Structural health monitoringby using transmissibility

El control del estado en el que se encuentran las estructuras ha experimentado un gran auge desde hace varias décadas, debido a que los costes de rehabilitación de estructuras tales como los oleoductos, los puentes, los edificios y otras más son muy elevados. En las últimas dos décadas, se han desarrollado una gran cantidad de métodos que permiten identificar el estado real de una estructura, basándose en modelos físicos y datos de ensayos. El ensayo modal es el más común; mediante el análisis modal experimental de una estructura se pueden determinar parámetros como la frecuencia, los modos de vibración y la amortiguación y también la función de respuesta en frecuencia de la estructura. Mediante estos parámetros se pueden implementar diferentes indicadores de daño. Sin embargo, para estructuras complejas y grandes, la implementación de metodologías basadas en la función de respuesta en frecuencia requeriría realizar hipótesis sobre la fuerza utilizada para excitar la estructura. Dado que el análisis modal operacional utiliza solamente las señales de respuesta del sistema para extraer los parámetros dinámicos estructurales y, por tanto, para evaluar el estado de una estructura, el uso de la transmisibilidad sería posible. En este sentido, dentro del análisis modal operacional, la transmisibilidad ha concentrado mucha atención en el mundo científico en la última década. Aunque se han publicado muchos trabajos sobre el tema, en esta Tesis se proponen diferentes técnicas para evaluar el estado de una estructura basándose exclusivamente en la transmisibilidad. En primer lugar, se propone un indicador de daño basado en un nuevo parámetro, la coherencia de transmisibilidad; El indicador se ha valido mediante resultados numéricos y experimentales obtenidos sobre un pórtico de tres pisos. En segundo lugar, la distancia de Mahalanobis se aplica sobre la transmisibilidad como procedimiento para detectar variaciones estructurales provocadas por el daño. Este método se ha validado con éxito sobre una viga libre-libre ensayada experimentalmente. En tercer lugar, se ha implementado una red neuronal basada en medidas de transmisibilidad como metodología de predicción de daño sobre una viga simulada numéricamente. ABSTRACT Structural health monitoring has experienced a huge development from several decades ago since the cost of rehabilitation of structures such as oil pipes, bridges and tall buildings is very high. In the last two decades, a lot of methods able to identify the real stage of a structure have been developed basing on both models and experimental data. Modal testing is the most common; by carrying out the experimental modal analysis of a structure, some parameters, such as frequency, mode shapes and damping, as well as the frequency response function of the structure can be obtained. From these parameters, different damage indicators have been proposed. However, for complex and large structures, any frequency domain approach that relies on frequency response function estimation would be of difficult application since an assumption of the input excitations to the system should be carried out. Operational modal analysis uses only output signals to extract the structural dynamic parameters and, therefore, to identify the structural stage. In this sense, within operational modal analysis, transmissibility has attracted a lot of attention in the scientific field in the last decade. In this work new damage detection approaches based on transmissibility are developed. Firstly, a new theory of transmissibility coherence is developed and it is tested with a three-floor-structure both in simulation and in experimental data analysis; secondly, Mahalanobis distance is taken into use with the transmissibility, and a free-free beam is used to test the approach performance; thirdly, neural networks are used in transmissibility for structural health monitoring; a simulated beam is used to validate the proposed method.

Methods for the analysis of multi-scale cell dynamics from fluorescence microscopy images

La embriogénesis es el proceso mediante el cual una célula se convierte en un ser un vivo. A lo largo de diferentes etapas de desarrollo, la población de células va proliferando a la vez que el embrión va tomando forma y se configura. Esto es posible gracias a la acción de varios procesos genéticos, bioquímicos y mecánicos que interaccionan y se regulan entre ellos formando un sistema complejo que se organiza a diferentes escalas espaciales y temporales. Este proceso ocurre de manera robusta y reproducible, pero también con cierta variabilidad que permite la diversidad de individuos de una misma especie. La aparición de la microscopía de fluorescencia, posible gracias a proteínas fluorescentes que pueden ser adheridas a las cadenas de expresión de las células, y los avances en la física óptica de los microscopios han permitido observar este proceso de embriogénesis in-vivo y generar secuencias de imágenes tridimensionales de alta resolución espacio-temporal. Estas imágenes permiten el estudio de los procesos de desarrollo embrionario con técnicas de análisis de imagen y de datos, reconstruyendo dichos procesos para crear la representación de un embrión digital. Una de las más actuales problemáticas en este campo es entender los procesos mecánicos, de manera aislada y en interacción con otros factores como la expresión genética, para que el embrión se desarrolle. Debido a la complejidad de estos procesos, estos problemas se afrontan mediante diferentes técnicas y escalas específicas donde, a través de experimentos, pueden hacerse y confrontarse hipótesis, obteniendo conclusiones sobre el funcionamiento de los mecanismos estudiados. Esta tesis doctoral se ha enfocado sobre esta problemática intentando mejorar las metodologías del estado del arte y con un objetivo específico: estudiar patrones de deformación que emergen del movimiento organizado de las células durante diferentes estados del desarrollo del embrión, de manera global o en tejidos concretos. Estudios se han centrado en la mecánica en relación con procesos de señalización o interacciones a nivel celular o de tejido. En este trabajo, se propone un esquema para generalizar el estudio del movimiento y las interacciones mecánicas que se desprenden del mismo a diferentes escalas espaciales y temporales. Esto permitiría no sólo estudios locales, si no estudios sistemáticos de las escalas de interacción mecánica dentro de un embrión. Por tanto, el esquema propuesto obvia las causas de generación de movimiento (fuerzas) y se centra en la cuantificación de la cinemática (deformación y esfuerzos) a partir de imágenes de forma no invasiva. Hoy en día las dificultades experimentales y metodológicas y la complejidad de los sistemas biológicos impiden una descripción mecánica completa de manera sistemática. Sin embargo, patrones de deformación muestran el resultado de diferentes factores mecánicos en interacción con otros elementos dando lugar a una organización mecánica, necesaria para el desarrollo, que puede ser cuantificado a partir de la metodología propuesta en esta tesis. La metodología asume un medio continuo descrito de forma Lagrangiana (en función de las trayectorias de puntos materiales que se mueven en el sistema en lugar de puntos espaciales) de la dinámica del movimiento, estimado a partir de las imágenes mediante métodos de seguimiento de células o de técnicas de registro de imagen. Gracias a este esquema es posible describir la deformación instantánea y acumulada respecto a un estado inicial para cualquier dominio del embrión. La aplicación de esta metodología a imágenes 3D + t del pez zebra sirvió para desvelar estructuras mecánicas que tienden a estabilizarse a lo largo del tiempo en dicho embrión, y que se organizan a una escala semejante al del mapa de diferenciación celular y con indicios de correlación con patrones de expresión genética. También se aplicó la metodología al estudio del tejido amnioserosa de la Drosophila (mosca de la fruta) durante el cierre dorsal, obteniendo indicios de un acoplamiento entre escalas subcelulares, celulares y supracelulares, que genera patrones complejos en respuesta a la fuerza generada por los esqueletos de acto-myosina. En definitiva, esta tesis doctoral propone una estrategia novedosa de análisis de la dinámica celular multi-escala que permite cuantificar patrones de manera inmediata y que además ofrece una representación que reconstruye la evolución de los procesos como los ven las células, en lugar de como son observados desde el microscopio. Esta metodología por tanto permite nuevas formas de análisis y comparación de embriones y tejidos durante la embriogénesis a partir de imágenes in-vivo. ABSTRACT The embryogenesis is the process from which a single cell turns into a living organism. Through several stages of development, the cell population proliferates at the same time the embryo shapes and the organs develop gaining their functionality. This is possible through genetic, biochemical and mechanical factors that are involved in a complex interaction of processes organized in different levels and in different spatio-temporal scales. The embryogenesis, through this complexity, develops in a robust and reproducible way, but allowing variability that makes possible the diversity of living specimens. The advances in physics of microscopes and the appearance of fluorescent proteins that can be attached to expression chains, reporting about structural and functional elements of the cell, have enabled for the in-vivo observation of embryogenesis. The imaging process results in sequences of high spatio-temporal resolution 3D+time data of the embryogenesis as a digital representation of the embryos that can be further analyzed, provided new image processing and data analysis techniques are developed. One of the most relevant and challenging lines of research in the field is the quantification of the mechanical factors and processes involved in the shaping process of the embryo and their interactions with other embryogenesis factors such as genetics. Due to the complexity of the processes, studies have focused on specific problems and scales controlled in the experiments, posing and testing hypothesis to gain new biological insight. However, methodologies are often difficult to be exported to study other biological phenomena or specimens. This PhD Thesis is framed within this paradigm of research and tries to propose a systematic methodology to quantify the emergent deformation patterns from the motion estimated in in-vivo images of embryogenesis. Thanks to this strategy it would be possible to quantify not only local mechanisms, but to discover and characterize the scales of mechanical organization within the embryo. The framework focuses on the quantification of the motion kinematics (deformation and strains), neglecting the causes of the motion (forces), from images in a non-invasive way. Experimental and methodological challenges hamper the quantification of exerted forces and the mechanical properties of tissues. However, a descriptive framework of deformation patterns provides valuable insight about the organization and scales of the mechanical interactions, along the embryo development. Such a characterization would help to improve mechanical models and progressively understand the complexity of embryogenesis. This framework relies on a Lagrangian representation of the cell dynamics system based on the trajectories of points moving along the deformation. This approach of analysis enables the reconstruction of the mechanical patterning as experienced by the cells and tissues. Thus, we can build temporal profiles of deformation along stages of development, comprising both the instantaneous events and the cumulative deformation history. The application of this framework to 3D + time data of zebrafish embryogenesis allowed us to discover mechanical profiles that stabilized through time forming structures that organize in a scale comparable to the map of cell differentiation (fate map), and also suggesting correlation with genetic patterns. The framework was also applied to the analysis of the amnioserosa tissue in the drosophila’s dorsal closure, revealing that the oscillatory contraction triggered by the acto-myosin network organized complexly coupling different scales: local force generation foci, cellular morphology control mechanisms and tissue geometrical constraints. In summary, this PhD Thesis proposes a theoretical framework for the analysis of multi-scale cell dynamics that enables to quantify automatically mechanical patterns and also offers a new representation of the embryo dynamics as experienced by cells instead of how the microscope captures instantaneously the processes. Therefore, this framework enables for new strategies of quantitative analysis and comparison between embryos and tissues during embryogenesis from in-vivo images.

Structural health monitoringby using transmissibility

El control del estado en el que se encuentran las estructuras ha experimentado un gran auge desde hace varias décadas, debido a que los costes de rehabilitación de estructuras tales como los oleoductos, los puentes, los edificios y otras más son muy elevados. En las últimas dos décadas, se han desarrollado una gran cantidad de métodos que permiten identificar el estado real de una estructura, basándose en modelos físicos y datos de ensayos. El ensayo modal es el más común; mediante el análisis modal experimental de una estructura se pueden determinar parámetros como la frecuencia, los modos de vibración y la amortiguación y también la función de respuesta en frecuencia de la estructura. Mediante estos parámetros se pueden implementar diferentes indicadores de daño. Sin embargo, para estructuras complejas y grandes, la implementación de metodologías basadas en la función de respuesta en frecuencia requeriría realizar hipótesis sobre la fuerza utilizada para excitar la estructura. Dado que el análisis modal operacional utiliza solamente las señales de respuesta del sistema para extraer los parámetros dinámicos estructurales y, por tanto, para evaluar el estado de una estructura, el uso de la transmisibilidad sería posible. En este sentido, dentro del análisis modal operacional, la transmisibilidad ha concentrado mucha atención en el mundo científico en la última década. Aunque se han publicado muchos trabajos sobre el tema, en esta Tesis se proponen diferentes técnicas para evaluar el estado de una estructura basándose exclusivamente en la transmisibilidad. En primer lugar, se propone un indicador de daño basado en un nuevo parámetro, la coherencia de transmisibilidad; El indicador se ha valido mediante resultados numéricos y experimentales obtenidos sobre un pórtico de tres pisos. En segundo lugar, la distancia de Mahalanobis se aplica sobre la transmisibilidad como procedimiento para detectar variaciones estructurales provocadas por el daño. Este método se ha validado con éxito sobre una viga libre-libre ensayada experimentalmente. En tercer lugar, se ha implementado una red neuronal basada en medidas de transmisibilidad como metodología de predicción de daño sobre una viga simulada numéricamente. ABSTRACT Structural health monitoring has experienced a huge development from several decades ago since the cost of rehabilitation of structures such as oil pipes, bridges and tall buildings is very high. In the last two decades, a lot of methods able to identify the real stage of a structure have been developed basing on both models and experimental data. Modal testing is the most common; by carrying out the experimental modal analysis of a structure, some parameters, such as frequency, mode shapes and damping, as well as the frequency response function of the structure can be obtained. From these parameters, different damage indicators have been proposed. However, for complex and large structures, any frequency domain approach that relies on frequency response function estimation would be of difficult application since an assumption of the input excitations to the system should be carried out. Operational modal analysis uses only output signals to extract the structural dynamic parameters and, therefore, to identify the structural stage. In this sense, within operational modal analysis, transmissibility has attracted a lot of attention in the scientific field in the last decade. In this work new damage detection approaches based on transmissibility are developed. Firstly, a new theory of transmissibility coherence is developed and it is tested with a three-floor-structure both in simulation and in experimental data analysis; secondly, Mahalanobis distance is taken into use with the transmissibility, and a free-free beam is used to test the approach performance; thirdly, neural networks are used in transmissibility for structural health monitoring; a simulated beam is used to validate the proposed method.

Análisis de algoritmos para posicionamiento de aeronaves mediante respuestas SSR utilizando recepción omnidireccional

El transporte aéreo constituye un sector estratégico para el crecimiento económico de cualquier país. El sistema de gestión de tráfico aéreo ATM tiene como objetivo el movimiento seguro y eficiente de las aeronaves dentro del espacio aéreo y de los aeropuertos, siendo la seguridad, en la fase táctica, gestionada por el servicio de control de la circulación aérea. Mediante los procesos de control el tráfico aéreo es vigilado a través de sensores, regulado y guiado de forma organizada y segura. Es precisamente sobre la vigilancia donde se enfoca el contenido de la tesis, en el desarrollo de nuevos conceptos que proporcionen información de vigilancia de ‘bajo coste’ basados en las señales existentes proporcionadas por la infraestructura actual de radar secundario y por los sistemas de posicionamiento basados en satélite que utiliza la ADS-B. El conocimiento y acceso en tiempo real a las trayectorias de las aeronaves es un elemento de valor añadido no sólo para la provisión de los servicios de control de tránsito aéreo, sino para todos los actores del transporte aéreo o de la investigación, siendo uno de los elementos clave en el concepto operacional de los dos grandes proyectos tecnológicos, SESAR en Europa y NextGen en EE.UU.. En las últimas décadas el control de la circulación aérea en espacios aéreos de media y alta densidad de tráfico se ha basado en tecnologías complejas que requieren importantes infraestructuras como son el radar primario de vigilancia (PSR) y el radar secundario de vigilancia (SSR). La filosofía de los programas SESAR y NextGen siguiendo las directrices de la OACI es la de alejarse de las tecnologías basadas en tierra para evolucionar hacia nuevas tecnologías más dinámicas basadas en satélite como la ADS-B. Pero hasta que la implementación y operación de la ADS-B sea completa, existirá un período de transición que implica la coexistencia de aeronaves equipadas o no con ADS-B. El objetivo de la presente Tesis es determinar las metodologías y algoritmos más adecuados para poder hibridar las dos tecnologías descritas anteriormente, utilizando para ello un receptor de bajo coste con antena estática omnidireccional, que analice todas las señales presentes en el canal que comparten el SSR y ADS-B. Mediante esta hibridación se podrá obtener la posición de cualquier aeronave que transmita respuestas a interrogaciones SSR, en cualquiera de sus modos de trabajo, o directamente mensajes de posición ADS-B. Para desarrollar los algoritmos propuestos, además del hardware correspondiente, se han utilizado las aplicaciones LabVIEW para funciones de adquisición de datos reales, y el software MATLAB® para el desarrollo de algoritmos y análisis de datos. La validación de resultados se ha realizado mediante los propios mensajes de posición ADS-B y a través de las trazas radar proporcionadas por la entidad pública empresarial ENAIRE. La técnica desarrollada es autónoma, y no ha requerido de ninguna otra entrada que no sea la recepción omnidireccional de las señales. Sin embargo para la validación de resultados se ha utilizado información pública de las ubicaciones de la red de estaciones SSR desplegadas sobre territorio español y portugués y trazas radar. Los resultados obtenidos demuestran, que con técnicas basadas en superficies de situación definidas por los tiempos de llegada de las respuestas, es posible determinar con una precisión aceptable la posición de las estaciones SSR y la posición de cualquier aeronave que responda mediante el Modo A a éstas. ABSTRACT Air transport is a strategic sector for the economic growth of any country. The air traffic management system (ATM) aims at the safe and efficient movement of aircraft while operating within the airspace and airports, where safety, in the tactical phase, is managed by the air traffic control services. Through the air traffic control processes, aircraft are monitored by sensors, regulated and guided in an organized and safe manner. It is precisely on surveillance where this thesis is focused, developing new concepts that provide a 'low cost' surveillance information based on existing signals provided by currently secondary radar infrastructure and satellite-based positioning systems used by ADS-B. Having a deeper knowledge and a real-time access to the trajectories of the aircraft, is an element of added value not only for the provision of air traffic control services, but also for all air transport or research actors. This is one of the key elements in the operational concept proposed by the two large scale existing technological projects, SESAR in Europe and NextGen in the US. In recent decades, air traffic control in medium and high traffic density areas has been based on complex technologies requiring major infrastructures, such as the primary surveillance radar (PSR) and secondary surveillance radar (SSR). The philosophy of SESAR and NextGen programs, both following the guidelines of ICAO, is to move away from land-based technologies and evolving into some new and more dynamic satellite-based technologies such as ADS-B. Nevertheless, until the ADS-B implementation and operation is fully achieved, there will be a transitional period where aircraft with and without ADS-B equipment will have to coexist. The main objective of this thesis is to determine those methodologies and algorithms which are considered more appropriate to hybridize those two technologies, by using a low cost omnidirectional receiver, which analyzes all signals on the SSR and ADS-B shared channel. Through this hybridization, it is possible to obtain the position of any aircraft answering the SSR interrogations, in any of its modes of operation, or through the emission of ADS-B messages. To develop the proposed algorithms, LabVIEW application has been used for real-time data acquisition, as well as MATLAB software for algorithm development and data analysis, together with the corresponding hardware. The validation of results was performed using the ADS-B position messages and radar tracks provided by the Public Corporate Entity ENAIRE The developed technique is autonomous, and it does not require any other input other than the omnidirectional signal reception. However, for the validation of results, not only radar records have been used, but also public information regarding the position of SSR stations spread throughout the Spanish and Portuguese territory. The results show that using techniques based in the definition of positioning surfaces defined by the responses’ times of arrival, it is possible to determine with an acceptable level of accuracy both the position of the SSR stations as well as the position of any aircraft which transmits Mode A responses.

Supervisión multidistribuida para el control de procesos de conservación de productos agroalimentarios: optimización de calidad del producto

La presente Tesis está orientada al análisis de la supervisión multidistribuida de tres procesos agroalimentarios: el secado solar, el transporte refrigerado y la fermentación de café, a través de la información obtenida de diferentes dispositivos de adquisición de datos, que incorporan sensores, así como el desarrollo de metodologías de análisis de series temporales, modelos y herramientas de control de procesos para la ayuda a la toma de decisiones en las operaciones de estos entornos. En esta tesis se han utilizado: tarjetas RFID (TemTrip®) con sistema de comunicación por radiofrecuencia y sensor de temperatura; el registrador (i-Button®), con sensor integrado de temperatura y humedad relativa y un tercer prototipo empresarial, módulo de comunicación inalámbrico Nlaza, que integra un sensor de temperatura y humedad relativa Sensirion®. Estos dispositivos se han empleado en la conformación de redes multidistribuidas de sensores para la supervisión de: A) Transportes de producto hortofrutícola realizados en condiciones comerciales reales, que son: dos transportes terrestre de producto de IV gama desde Murcia a Madrid; transporte multimodal (barco-barco) de limones desde Montevideo (Uruguay) a Cartagena (España) y transporte multimodal (barco-camión) desde Montevideo (Uruguay) a Verona (Italia). B) dos fermentaciones de café realizadas en Popayán (Colombia) en un beneficiadero. Estas redes han permitido registrar la dinámica espacio-temporal de temperaturas y humedad relativa de los procesos estudiados. En estos procesos de transporte refrigerado y fermentación la aplicación de herramientas de visualización de datos y análisis de conglomerados, han permitido identificar grupos de sensores que presentan patrones análogos de sus series temporales, caracterizando así zonas con dinámicas similares y significativamente diferentes del resto y permitiendo definir redes de sensores de menor densidad cubriendo las diferentes zonas identificadas. Las metodologías de análisis complejo de las series espacio-temporales (modelos psicrométricos, espacio de fases bidimensional e interpolaciones espaciales) permitieron la cuantificación de la variabilidad del proceso supervisado tanto desde el punto de vista dinámico como espacial así como la identificación de eventos. Constituyendo así herramientas adicionales de ayuda a la toma de decisiones en el control de los procesos. Siendo especialmente novedosa la aplicación de la representación bidimensional de los espacios de fases en el estudio de las series espacio-temporales de variables ambientales en aplicaciones agroalimentarias, aproximación que no se había realizado hasta el momento. En esta tesis también se ha querido mostrar el potencial de un sistema de control basado en el conocimiento experto como es el sistema de lógica difusa. Se han desarrollado en primer lugar, los modelos de estimación del contenido en humedad y las reglas semánticas que dirigen el proceso de control, el mejor modelo se ha seleccionado mediante un ensayo de secado realizado sobre bolas de hidrogel como modelo alimentario y finalmente el modelo se ha validado mediante un ensayo en el que se deshidrataban láminas de zanahoria. Los resultados sugirieron que el sistema de control desarrollado, es capaz de hacer frente a dificultades como las variaciones de temperatura día y noche, consiguiendo un producto con buenas características de calidad comparables a las conseguidas sin aplicar ningún control sobre la operación y disminuyendo así el consumo energético en un 98% con respecto al mismo proceso sin control. La instrumentación y las metodologías de análisis de datos implementadas en esta Tesis se han mostrado suficientemente versátiles y transversales para ser aplicadas a diversos procesos agroalimentarios en los que la temperatura y la humedad relativa sean criterios de control en dichos procesos, teniendo una aplicabilidad directa en el sector industrial ABSTRACT This thesis is focused on the analysis of multi-distributed supervision of three agri-food processes: solar drying, refrigerated transport and coffee fermentation, through the information obtained from different data acquisition devices with incorporated sensors, as well as the development of methodologies for analyzing temporary series, models and tools to control processes in order to help in the decision making in the operations within these environments. For this thesis the following has been used: RFID tags (TemTrip®) with a Radiofrequency ID communication system and a temperature sensor; the recorder (i-Button®), with an integrated temperature and relative humidity and a third corporate prototype, a wireless communication module Nlaza, which has an integrated temperature and relative humidity sensor, Sensirion®. These devices have been used in creating three multi-distributed networks of sensors for monitoring: A) Transport of fruits and vegetables made in real commercial conditions, which are: two land trips of IV range products from Murcia to Madrid; multimodal transport (ship - ship) of lemons from Montevideo (Uruguay) to Cartagena (Spain) and multimodal transport (ship - truck) from Montevideo (Uruguay) to Verona (Italy). B) Two coffee fermentations made in Popayan (Colombia) in a coffee processing plant. These networks have allowed recording the time space dynamics of temperatures and relative humidity of the processed under study. Within these refrigerated transport and fermentation processes, the application of data display and cluster analysis tools have allowed identifying sensor groups showing analogical patterns of their temporary series; thus, featuring areas with similar and significantly different dynamics from the others and enabling the definition of lower density sensor networks covering the different identified areas. The complex analysis methodologies of the time space series (psychrometric models, bi-dimensional phase space and spatial interpolation) allowed quantifying the process variability of the supervised process both from the dynamic and spatial points of view; as well as the identification of events. Thus, building additional tools to aid decision-making on process control brought the innovative application of the bi-dimensional representation of phase spaces in the study of time-space series of environmental variables in agri-food applications, an approach that had not been taken before. This thesis also wanted to show the potential of a control system based on specialized knowledge such as the fuzzy logic system. Firstly, moisture content estimation models and semantic rules directing the control process have been developed, the best model has been selected by an drying assay performed on hydrogel beads as food model; and finally the model has been validated through an assay in which carrot sheets were dehydrated. The results suggested that the control system developed is able to cope with difficulties such as changes in temperature daytime and nighttime, getting a product with good quality features comparable to those features achieved without applying any control over the operation and thus decreasing consumption energy by 98% compared to the same uncontrolled process. Instrumentation and data analysis methodologies implemented in this thesis have proved sufficiently versatile and cross-cutting to apply to several agri-food processes in which the temperature and relative humidity are the control criteria in those processes, having a direct effect on the industry sector.

Nuevos Esquemas de Visualizaciones para Mejorar la Comprensibilidad de Modelos de Data Mining

La gran cantidad de datos que se registran diariamente en los sistemas de base de datos de las organizaciones ha generado la necesidad de analizarla. Sin embargo, se enfrentan a la complejidad de procesar enormes volúmenes de datos a través de métodos tradicionales de análisis. Además, dentro de un contexto globalizado y competitivo las organizaciones se mantienen en la búsqueda constante de mejorar sus procesos, para lo cual requieren herramientas que les permitan tomar mejores decisiones. Esto implica estar mejor informado y conocer su historia digital para describir sus procesos y poder anticipar (predecir) eventos no previstos. Estos nuevos requerimientos de análisis de datos ha motivado el desarrollo creciente de proyectos de minería de datos. El proceso de minería de datos busca obtener desde un conjunto masivo de datos, modelos que permitan describir los datos o predecir nuevas instancias en el conjunto. Implica etapas de: preparación de los datos, procesamiento parcial o totalmente automatizado para identificar modelos en los datos, para luego obtener como salida patrones, relaciones o reglas. Esta salida debe significar un nuevo conocimiento para la organización, útil y comprensible para los usuarios finales, y que pueda ser integrado a los procesos para apoyar la toma de decisiones. Sin embargo, la mayor dificultad es justamente lograr que el analista de datos, que interviene en todo este proceso, pueda identificar modelos lo cual es una tarea compleja y muchas veces requiere de la experiencia, no sólo del analista de datos, sino que también del experto en el dominio del problema. Una forma de apoyar el análisis de datos, modelos y patrones es a través de su representación visual, utilizando las capacidades de percepción visual del ser humano, la cual puede detectar patrones con mayor facilidad. Bajo este enfoque, la visualización ha sido utilizada en minería datos, mayormente en el análisis descriptivo de los datos (entrada) y en la presentación de los patrones (salida), dejando limitado este paradigma para el análisis de modelos. El presente documento describe el desarrollo de la Tesis Doctoral denominada “Nuevos Esquemas de Visualizaciones para Mejorar la Comprensibilidad de Modelos de Data Mining”. Esta investigación busca aportar con un enfoque de visualización para apoyar la comprensión de modelos minería de datos, para esto propone la metáfora de modelos visualmente aumentados. ABSTRACT The large amount of data to be recorded daily in the systems database of organizations has generated the need to analyze it. However, faced with the complexity of processing huge volumes of data over traditional methods of analysis. Moreover, in a globalized and competitive environment organizations are kept constantly looking to improve their processes, which require tools that allow them to make better decisions. This involves being bettered informed and knows your digital story to describe its processes and to anticipate (predict) unanticipated events. These new requirements of data analysis, has led to the increasing development of data-mining projects. The data-mining process seeks to obtain from a massive data set, models to describe the data or predict new instances in the set. It involves steps of data preparation, partially or fully automated processing to identify patterns in the data, and then get output patterns, relationships or rules. This output must mean new knowledge for the organization, useful and understandable for end users, and can be integrated into the process to support decision-making. However, the biggest challenge is just getting the data analyst involved in this process, which can identify models is complex and often requires experience not only of the data analyst, but also the expert in the problem domain. One way to support the analysis of the data, models and patterns, is through its visual representation, i.e., using the capabilities of human visual perception, which can detect patterns easily in any context. Under this approach, the visualization has been used in data mining, mostly in exploratory data analysis (input) and the presentation of the patterns (output), leaving limited this paradigm for analyzing models. This document describes the development of the doctoral thesis entitled "New Visualizations Schemes to Improve Understandability of Data-Mining Models". This research aims to provide a visualization approach to support understanding of data mining models for this proposed metaphor visually enhanced models.

Detection of Biological CO2 and 1,3-Pentadiene Using Non-refrigerated Low-Cost MWIR Detectors

The early detection of spoiling metabolic products in contaminated food is a very important tool to control quality. Some volatile compounds produce unpleasant odours at very low concentrations, making their early detection very challenging. This is the case of 1,3-pentadiene produced by microorganisms through decarboxylation of the preservative sorbate. In this work, we have developed a methodology to use the data produced by a low-cost, compact MWIR (Mid-Wave IR) spectrometry device without moving parts, which is based on a linear array of 128 elements of VPD PbSe coupled to a linear variable filter (LVF) working in the spectral range between 3 and 4.6 ?m. This device is able to analyze food headspace gases through dedicated sample presentation setup. This methodology enables the detection of CO2 and the volatile compound 1,3-pentadiene, as compared to synthetic patrons. Data analysis is based on an automated multidimensional dynamic processing of the MWIR spectra. Principal component and discriminant analysis allow segregating between four yeast strains including producers and no producers. The segregation power is accounted as a measure of the discrimination quality.

JUVENTUDE, EDUCAÇÃO ESCOLAR E SENTIDO DE VIDA: UM ESTUDO A PARTIR DOS PROJETOS EDUCACIONAIS NO ENSINO MÉDIO

Este estudo parte de uma reflexão sobre a juventude atual e as imagens sócioideológicas construídas em torno desta fase do desenvolvimento humano, com a intenção de reforçar a importância dos espaços educacionais, principalmente das escolas formais, na construção do sentido de vida dos alunos, jovens e adolescentes do Ensino Médio. A juventude é uma etapa da vida que tem sido socialmente considerada, na maioria das vezes, como uma fase problemática, o que tem levado alguns adultos, pais ou professores, a não acreditarem e investirem nas potencialidades dos jovens adolescentes, dificultando sua inserção social de forma mais dinâmica e otimista. O corpo teórico desta pesquisa foi composto pelo conceito de sentido de vida, em Viktor Frankl, perpassando pela concepção de uma educação dialógica, em Paulo Freire, pelo conceito de complexidade, em Edgar Morin, e pela proposta do trabalho educacional por projetos, em Fernando Hernández. Como instrumentos metodológicos, foram utilizados a observação participante, técnicas de análise de questionários exploratórios e grupo focal. A análise dos dados permitiu reconhecer o impacto da proposta do trabalho educacional por projetos, no sentido de contribuir para que a juventude tenha vários elementos para trabalhar aspectos concretos da vida humana, principalmente, naquilo que diz respeito à construção do sentido de vida.(AU)

JUVENTUDE, EDUCAÇÃO ESCOLAR E SENTIDO DE VIDA: UM ESTUDO A PARTIR DOS PROJETOS EDUCACIONAIS NO ENSINO MÉDIO

Este estudo parte de uma reflexão sobre a juventude atual e as imagens sócioideológicas construídas em torno desta fase do desenvolvimento humano, com a intenção de reforçar a importância dos espaços educacionais, principalmente das escolas formais, na construção do sentido de vida dos alunos, jovens e adolescentes do Ensino Médio. A juventude é uma etapa da vida que tem sido socialmente considerada, na maioria das vezes, como uma fase problemática, o que tem levado alguns adultos, pais ou professores, a não acreditarem e investirem nas potencialidades dos jovens adolescentes, dificultando sua inserção social de forma mais dinâmica e otimista. O corpo teórico desta pesquisa foi composto pelo conceito de sentido de vida, em Viktor Frankl, perpassando pela concepção de uma educação dialógica, em Paulo Freire, pelo conceito de complexidade, em Edgar Morin, e pela proposta do trabalho educacional por projetos, em Fernando Hernández. Como instrumentos metodológicos, foram utilizados a observação participante, técnicas de análise de questionários exploratórios e grupo focal. A análise dos dados permitiu reconhecer o impacto da proposta do trabalho educacional por projetos, no sentido de contribuir para que a juventude tenha vários elementos para trabalhar aspectos concretos da vida humana, principalmente, naquilo que diz respeito à construção do sentido de vida.(AU)

GESTÃO DO CONHECIMENTO: UM ESTUDO SOBRE A RELAÇÃO ENTRE A LIDERANÇA TRANSFORMACIONAL, A CONVERSÃO DO CONHECIMENTO E A EFICÁCIA ORGANIZACIONAL

Este estudo teve como objetivo principal analisar a relação entre a Liderança Transformacional, a Conversão do Conhecimento e a Eficácia Organizacional. Foram considerados como pressupostos teóricos conceitos consolidados sobre os temas desta relação, além de recentes pesquisas já realizadas em outros países e contextos organizacionais. Com base nisto identificou-se potencial estudo de um modelo que relacionasse estes três conceitos. Para tal considera-se que as organizações que buscam atingir Vantagem Competitiva e incorporam a Knowledge-Based View possam conquistar diferenciação frente a seus concorrentes. Nesse contexto o conhecimento ganha maior destaque e papel protagonista nestas organizações. Dessa forma criar conhecimento através de seus colaboradores, passa a ser um dos desafios dessas organizações ao passo que sugere melhoria de seus indicadores Econômicos, Sociais, Sistêmicos e Políticos, o que se define por Eficácia Organizacional. Portanto os modos de conversão do conhecimento nas organizações, demonstram relevância, uma vez que se cria e se converte conhecimentos através da interação entre o conhecimento existente de seus colaboradores. Essa conversão do conhecimento ou modelo SECI possui quatro modos que são a Socialização, Externalização, Combinação e Internalização. Nessa perspectiva a liderança nas organizações apresenta-se como um elemento capaz de influenciar seus colaboradores, propiciando maior dinâmica ao modelo SECI de conversão do conhecimento. Se identifica então na liderança do tipo Transformacional, características que possam influenciar colaboradores e entende-se que esta relação entre a Liderança Transformacional e a Conversão do Conhecimento possa ter influência positiva nos indicadores da Eficácia Organizacional. Dessa forma esta pesquisa buscou analisar um modelo que explorasse essa relação entre a liderança do tipo Transformacional, a Conversão do Conhecimento (SECI) e a Eficácia Organizacional. Esta pesquisa teve o caráter quantitativo com coleta de dados através do método survey, obtendo um total de 230 respondentes válidos de diferentes organizações. O instrumento de coleta de dados foi composto por afirmativas relativas ao modelo de relação pesquisado com um total de 44 itens. O perfil de respondentes concentrou-se entre 30 e 39 anos de idade, com a predominância de organizações privadas e de departamentos de TI/Telecom, Docência e Recursos Humanos respectivamente. O tratamento dos dados foi através da Análise Fatorial Exploratória e Modelagem de Equações Estruturais via Partial Least Square Path Modeling (PLS-PM). Como resultado da análise desta pesquisa, as hipóteses puderam ser confirmadas, concluindo que a Liderança Transformacional apresenta influência positiva nos modos de Conversão do Conhecimento e que; a Conversão do Conhecimento influencia positivamente na Eficácia Organizacional. Ainda, concluiu-se que a percepção entre os respondentes não apresenta resultado diferente sobre o modelo desta pesquisa entre quem possui ou não função de liderança.

Validação de uma estrutura de análise ofensiva no basquetebol baseada no sequenciamento de dinâmicas de criação de espaço

A inferência de estratégias ofensivas em esportes coletivos pode ser realizada a partir da análise dos padrões de jogo observados durante a disputa. Para que isso ocorra, há a necessidade da formalização de classes de comportamentos específicos para a modalidade de forma a discriminar perfis de jogo com base na identificação das ações mais recorrentes. No basquetebol as ações são encadeadas ao longo da posse de bola, sendo que os diferentes tipos de sequências de ações contêm características que os diferenciam e podem influenciar diretamente no desfecho do ataque. Nesse trabalho foi apresentada uma proposta contendo diferentes possibilidades de sequenciamento de dinâmicas ofensivas baseadas em um modelo teórico descrito na literatura. Os procedimentos de validação do sequenciamento de dinâmicas ofensivas e os testes de reprodutibilidade e objetividade realizados junto a técnicos de basquetebol apresentaram valores elevados demonstrando a consistência dos critérios para a elaboração de 27 tipos de concatenações dependentes (Qui-quadrado >0,78). Além disso, a estrutura desenvolvida foi concluída através da aplicação do constructo a jogos de basquetebol da liga profissional Americana (NBA) (28 partidas, dentre as quais 10 partidas do confronto entre Spurs x Thunder, 10 partidas referentes ao confronto entre Heat e Pacers e 8 partidas da disputa envolvendo Heat e Spurs, sendo analisados ambos os ataques em cada confronto, válidos pela temporada regular e na fase de playoffs). Os resultados gerados a partir da análise foram apresentados através de árvores de decisão e grafos de modo a facilitar a visualização dos comportamentos identificados. A árvore de decisão apresentou as ações na sequência exata em que ocorreram nas posses de bola, enquanto os grafos mostraram os encadeamentos mais recorrentes entre duas dinâmicas ofensivas. Assim ambas as técnicas se mostraram complementares e auxiliaram na observação e análise dos perfis de jogo de cada equipe e na realização de inferências acerca de sua estratégia ofensiva. A formalização dos tipos de sequenciamento de ações ofensivas pode auxiliar treinadores e profissionais do basquetebol no desenho de estratégias, análise dos padrões de suas equipes e adversários e estruturação de sessões de treinamento que considerem os comportamentos ofensivos de modo dinâmico e contextualizado dentro de um encadeamento lógico de ações de jogo

Análise de grandezas cinemáticas e dinâmicas inerentes à hemiparesia através da descoberta de conhecimento em bases de dados

Em virtude de uma elevada expectativa de vida mundial, faz-se crescente a probabilidade de ocorrer acidentes naturais e traumas físicos no cotidiano, o que ocasiona um aumento na demanda por reabilitação. A terapia física, sob o paradigma da reabilitação robótica com serious games, oferece maior motivação e engajamento do paciente ao tratamento, cujo emprego foi recomendado pela American Heart Association (AHA), apontando a mais alta avaliação (Level A) para pacientes internados e ambulatoriais. No entanto, o potencial de análise dos dados coletados pelos dispositivos robóticos envolvidos é pouco explorado, deixando de extrair informações que podem ser de grande valia para os tratamentos. O foco deste trabalho consiste na aplicação de técnicas para descoberta de conhecimento, classificando o desempenho de pacientes diagnosticados com hemiparesia crônica. Os pacientes foram inseridos em um ambiente de reabilitação robótica, fazendo uso do InMotion ARM, um dispositivo robótico para reabilitação de membros superiores e coleta dos dados de desempenho. Foi aplicado sobre os dados um roteiro para descoberta de conhecimento em bases de dados, desempenhando pré-processamento, transformação (extração de características) e então a mineração de dados a partir de algoritmos de aprendizado de máquina. A estratégia do presente trabalho culminou em uma classificação de padrões com a capacidade de distinguir lados hemiparéticos sob uma precisão de 94%, havendo oito atributos alimentando a entrada do mecanismo obtido. Interpretando esta coleção de atributos, foi observado que dados de força são mais significativos, os quais abrangem metade da composição de uma amostra.

Novo procedimento para a realização de análise capwap no ensaio de carregamento dinâmico em estacas pré-moldadas.

Desde a década de 1980 diversos autores apresentaram correlações entre provas de carga estática e ensaios de carregamento dinâmico em estacas. Para uma boa correlação é fundamental que os testes sejam bem executados e que atinjam a ruptura segundo algum critério, como o de Davisson, por exemplo, além de levar em conta o intervalo de tempo entre a execução da prova de carga estática e do ensaio dinâmico, face ao efeito \"set up\". Após a realização do ensaio dinâmico realiza-se a análise CAPWAP que permite a determinação da distribuição do atrito lateral em profundidade, a carga de ponta e outros parâmetros dos solos tais como quakes e damping. A análise CAPWAP é realizada por tentativas através do procedimento \"signal matching\", isto é, o melhor ajuste entre os sinais de força medido pelos sensores e o calculado. É relativamente fácil mostrar que a mesma solução pode ser obtida através de dados de entrada diferentes. Isso significa que apesar de apresentarem cargas mobilizadas próximas o formato da curva da simulação de prova de carga estática, obtida pelo CAPWAP, assim como a distribuição do atrito lateral, podem ser diferentes, mesmo que as análises apresentem \"match quality\" (MQWU) satisfatórios. Uma forma de corrigir o formato da curva simulada do CAPWAP, assim como a distribuição do atrito lateral, é através da comparação com provas de carga estática (PCE). A sobreposição das duas curvas, a simulada e a \"real\", permite a determinação do quake do fuste através do trecho inicial da curva carga-recalque da prova de carga estática, que por sua vez permite uma melhor definição da distribuição do atrito lateral e da reação de ponta. Neste contexto surge o conceito de \"match quality de recalques\" (MQR). Quando a PCE não está disponível, propõe-se efetuar um carregamento estático utilizando o peso próprio do martelo do bate-estaca (CEPM). Mostra-se, através de dois casos de obra, em que estavam disponíveis ensaios de carregamento dinâmico e PCEs, que esse procedimento permite obter uma melhor solução do ponto de vista físico, isto é consistente com as características do subsolo e com a curva carga-recalque da PCE, e não apenas matemático, através da avaliação do \"match quality\" (MQWU).

Kinetic study of the decompositions involved in the thermal degradation of commercial azodicarbonamide

The transitions and reactions involved in the thermal treatment of several commercial azodicarbonamides (ADC) in an inert atmosphere have been studied by dynamic thermogravimetry analysis (TGA), mass spectrometry and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. A pseudo-mechanistic model, involving several competitive and non-competitive reactions, has been suggested and applied to the correlation of the weight loss data. The model applied is capable of accurately representing the different processes involved, and can be of great interest in the understanding and quantification of such phenomena, including the simulation of the instantaneous amount of gases evolved in a foaming process. In addition, a brief discussion on the methodology related to the mathematical modeling of TGA data is presented, taking into account the complex thermal behaviour of the ADC.

Gaia-ESO Survey: Analysis of pre-main sequence stellar spectra

Context. The Gaia-ESO Public Spectroscopic Survey is obtaining high-quality spectroscopy of some 100 000 Milky Way stars using the FLAMES spectrograph at the VLT, down to V = 19 mag, systematically covering all the main components of the Milky Way and providing the first homogeneous overview of the distributions of kinematics and chemical element abundances in the Galaxy. Observations of young open clusters, in particular, are giving new insights into their initial structure, kinematics, and their subsequent evolution. Aims. This paper describes the analysis of UVES and GIRAFFE spectra acquired in the fields of young clusters whose population includes pre-main sequence (PMS) stars. The analysis is applied to all stars in such fields, regardless of any prior information on membership, and provides fundamental stellar atmospheric parameters, elemental abundances, and PMS-specific parameters such as veiling, accretion, and chromospheric activity. Methods. When feasible, different methods were used to derive raw parameters (e.g. line equivalent widths) fundamental atmospheric parameters and derived parameters (e.g. abundances). To derive some of these parameters, we used methods that have been extensively used in the past and new ones developed in the context of the Gaia-ESO survey enterprise. The internal precision of these quantities was estimated by inter-comparing the results obtained by these different methods, while the accuracy was estimated by comparison with independent external data, such as effective temperature and surface gravity derived from angular diameter measurements, on a sample of benchmarks stars. A validation procedure based on these comparisons was applied to discard spurious or doubtful results and produce recommended parameters. Specific strategies were implemented to resolve problems of fast rotation, accretion signatures, chromospheric activity, and veiling. Results. The analysis carried out on spectra acquired in young cluster fields during the first 18 months of observations, up to June 2013, is presented in preparation of the first release of advanced data products. These include targets in the fields of the ρ Oph, Cha I, NGC 2264, γ Vel, and NGC 2547 clusters. Stellar parameters obtained with the higher resolution and larger wavelength coverage from UVES are reproduced with comparable accuracy and precision using the smaller wavelength range and lower resolution of the GIRAFFE setup adopted for young stars, which allows us to provide stellar parameters with confidence for the much larger GIRAFFE sample. Precisions are estimated to be ≈120 K rms in Teff, ≈0.3 dex rms in log g, and ≈0.15 dex rms in [Fe/H] for the UVES and GIRAFFE setups.