Information systems for water resources management improvement in developing countries

Water resources management, as also water service provision projects in developing countries have difficulties to take adequate decisions due to scarce reliable information, and a lack of proper information managing. Some appropriate tools need to be developed in order to improve decision making to improve water management and access of the poorest, through the design of Decision Support Systems (DSS). On the one side, a DSS for developing co-operation projects on water access improvement has been developed. Such a tool has specific context constrains (structure of the system, software requirements) and needs (Logical Framework Approach monitoring, organizational-learning, accountability and evaluation) that shall be considered for its design. Key aspects for its successful implementation have appeared to be a participatory design of the system and support of the managerial positions at the inception phase. A case study in Tanzania was conducted, together with the Spanish NGO ONGAWA – Ingeniería para el Desarrollo. On the other side, DSS are required also to improve decision making on water management resources in order to achieve a sustainable development that not only improves the living conditions of the population in developing countries, but that also does not hinder opportunities of the poorest on those context. A DSS made to fulfil these requirements shall be using information from water resources modelling, as also on the environment and the social context. Through the research, a case study has been conducted in the Central Rift Valley of Ethiopia, an endhorreic basin 160 km south of Addis Ababa. There, water has been modelled using ArcSWAT, a physically based model which can assess the impact of land management practices on large complex watersheds with varying soils, land use and management conditions over long periods of time. Moreover, governance on water and environment as also the socioeconomic context have been studied.

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

Desenvolupament d'un sistema expert com a eina per a una millor gestió de la qualitat de les aigües fluvials

Avui en dia no es pot negar el fet que els humans són un component més de les conques fluvials i que la seva activitat afecta enormement la qualitat de les aigües. A nivell europeu, l'elevada densitat de població situada en les conques fluvials ha comportat un increment de la mala qualitat de les seves aigües fluvials. En les darreres dècades l'increment de les càrregues de nutrients en els sistemes aquàtics ha esdevingut un problema prioritari a solucionar per les administracions competents en matèria d'aigua. La gestió dels ecosistemes fluvials no és una tasca fàcil. Els gestors es troben amb què són sistemes molt complexos, donada l'estreta relació existent entre els ecosistemes fluvials i els ecosistemes terrestres que drenen. Addicionalment a la complexitat d'aquests sistemes es troba la dificultat associada de la gestió o control de les entrades de substàncies contaminants tant de fonts puntuals com difoses. Per totes aquestes raons la gestió de la qualitat de les aigües fluvials esdevé una tasca complexa que requereix un enfocament multidisciplinar. Per tal d'assolir aquest enfocament diverses eines han estat utilitzades, des de models matemàtics fins a sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. Però, la major part dels esforços han estat encarats cap a la resolució de problemes de reduïda complexitat, fent que molts dels problemes ambientals complexos, com ara la gestió dels ecosistemes fluvials, no hagin estat vertaderament tractats. Per tant, es requereix l'aplicació d'eines que siguin de gran ajuda en els processos de presa de decisions i que incorporin un ampli coneixement heurístic i empíric: sistemes experts i sistemes de suport a la decisió. L'òptima gestió de la qualitat de l'aigua fluvial requereix una aproximació integrada i multidisciplinar, que pot ésser aconseguida amb una eina intel·ligent construïda sobre els conceptes i mètodes del raonament humà. La present tesi descriu la metodologia desenvolupada i aplicada per a la creació i construcció d'un Sistema Expert, així com el procés de desenvolupament d'aquest Sistema Expert, com el principal mòdul de raonament d'un Sistema de Suport a la Decisió Ambiental. L'objectiu principal de la present tesi ha estat el desenvolupament d'una eina d'ajuda en el procés de presa de decisions dels gestors de l'aigua en la gestió de trams fluvials alterats antròpicament per tal de millorar la qualitat de la seva aigua fluvial. Alhora, es mostra el funcionament de l'eina desenvolupada a través de dos casos d'estudi. Els resultats derivats del Sistema Expert desenvolupat, implementat i presentat en la present tesi mostren que aquests sistemes poden ésser eines útils per a millorar la gestió dels ecosistemes fluvials.

Supervisory systems in waste water treatment plants: sistematise their implementation

La implantació de Sistemes de Suport a la presa de Decisions (SSD) en Estacions Depuradores d'Aigües Residuals Urbanes (EDAR) facilita l'aplicació de tècniques més eficients basades en el coneixement per a la gestió del procés, assegurant la qualitat de l'aigua de sortida tot minimitzant el cost ambiental de la seva explotació. Els sistemes basats en el coneixement es caracteritzen per la seva capacitat de treballar amb dominis molt poc estructurats, i gran part de la informació rellevant de tipus qualitatiu i/o incerta. Precisament aquests són els trets característics que es poden trobar en els sistemes biològics de depuració, i en conseqüència en una EDAR. No obstant, l'elevada complexitat dels SSD fa molt costós el seu disseny, desenvolupament i aplicació en planta real, pel que resulta determinant la generació d'un protocol que faciliti la seva exportació a EDARs de tecnologia similar. L'objectiu del present treball de Tesi és precisament el desenvolupament d'un protocol que faciliti l'exportació sistemàtica de SSD i l'aprofitament del coneixement del procés prèviament adquirit. El treball es desenvolupa en base al cas d'estudi resultant de l'exportació a l'EDAR Montornès del prototipus original de SSD implementat a l'EDAR Granollers. Aquest SSD integra dos tipus de sistemes basats en el coneixement, concretament els sistemes basats en regles (els quals són programes informàtics que emulen el raonament humà i la seva capacitat de solucionar problemes utilitzant les mateixes fonts d'informació) i els sistemes de raonament basats en casos (els quals són programes informàtics basats en el coneixement que volen solucionar les situacions anormals que pateix la planta en el moment actual mitjançant el record de l'acció efectuada en una situació passada similar). El treball està estructurat en diferents capítols, en el primer dels quals, el lector s'introdueix en el món dels sistemes de suport a la decisió i en el domini de la depuració d'aigües. Seguidament es fixen els objectius i es descriuen els materials i mètodes utilitzats. A continuació es presenta el prototipus de SSD desenvolupat per la EDAR Granollers. Una vegada el prototipus ha estat presentat es descriu el primer protocol plantejat pel mateix autor de la Tesi en el seu Treball de Recerca. A continuació es presenten els resultats obtinguts en l'aplicació pràctica del protocol per generar un nou SSD, per una planta depuradora diferent, partint del prototipus. L'aplicació pràctica del protocol permet l'evolució del mateix cap a un millor pla d'exportació. Finalment, es pot concloure que el nou protocol redueix el temps necessari per realitzar el procés d'exportació, tot i que el nombre de passos necessaris ha augmentat, la qual cosa significa que el nou protocol és més sistemàtic.

Proyecto ecoturístico integrado en la Reserva Natural El Tisey - La Estanzuela

El presente proyecto realizado en la Reserva Natural El Tisey-La Estanzuela en la República de Nicaragua pretende mejorar la situación de dicha Reserva como destino ecoturístico. Mediante una descripción exhaustiva del área y una valoración de los recursos y servicios turísticos, se ha planteado la problemática para el desarrollo del ecoturismo. Según la OMT, el ecoturismo es un tipo de turismo sostenible que se realiza en espacios naturales protegidos para conocer la flora y fauna características. Debe satisfacer las necesidades de los turistas y de los autóctonos, al mismo tiempo que protege y mejora las oportunidades de futuro y se respeta la integridad cultural, los procesos ecológicos, la diversidad biológica y los sistemas de apoyo a la vida. En base a ésto y a los resultados obtenidos tanto de la valoración de los servicios y recursos como del análisis DAFO, se han propuesto un conjunto de mejoras y se ha realizado un plan de actuación, que se trata de la elaboración de cuatro itinerarios así como de trípticos informativos, que de llevarse a cabo, mejorarían las condiciones turísticas y de seguro que aumentaría la afluencia de turistas.

Development of a decision support system for the integrated control of membrane bioreactors

The work presented in this PhD thesis includes various partial studies aimed at developing a decision support system for membrane bioreactor integrated control. The decision support systems (DSS) have as a main goal to facilitate the operation of complex processes due to the multiple variables that are processed. For this reason, the research used has focused on aspects related to nutrient removal, and on the development of indicators or sensors capable of facilitating, automating and controlling the filtration process in an integrated way with the biological processes that taking place. Work has also been done on the design, development, implementation and validation of tools based on the knowledge made available by the automatic control and the supervision of the MBRs

Metodologia de disseny conceptual d'estacions depuradores d'aigües residuals que combina el procés de decisió jeràrquic amb l'anàlisi de decisions multicriteri

La present tesi proposa una metodologia de disseny conceptual d'estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR) mitjançant la combinació del procés de decisió jeràrquic i l'anàlisi de decisions multicriteri. El document s'inicia amb una breu introducció als principals camps abordats pel treball: el disseny dels processos químics en general, el disseny de les estacions depuradores d'aigües residuals en particular, i l'anàlisi de decisions multicriteri aplicada a la gestió ambiental. Seguidament, es fixen els objectius del treball i es descriuen tant la metodologia com el material de suport informàtic utilitzats. Per validar i contrastar la metodologia de disseny presentada, es desenvolupa un cas d'estudi on es porta a terme el disseny conceptual d'una EDAR que presenta els mateixos requeriments que l'EDAR que opera actualment al municipi de Granollers. Inicialment es presenta la informació de partida i tot seguit es defineixen els objectius de disseny, així com el conjunt de criteris que s'utilitzaran per avaluar en quina mesura es compleixen aquests objectius. Els objectius de disseny són de diferents tipus: ambientals, tècnics, socials i econòmics, i el conjunt de criteris utilitzats, concretament 33, també es classifica segons aquestes quatre categories. Cadascun dels criteris presenta un determinat pes d'importància relativa en la presa de decisions. Finalment, es desenvolupa tot el procés de decisió fins a obtenir el disseny complet de l'EDAR. El procés de decisió s'ha dividit en dues parts diferenciades però que alhora s'entrellacen: la línia d'aigua i la línia de fang. El procés de decisió presenta un total de divuit qüestions amb un màxim de quatre alternatives per pregunta (dotze qüestions corresponen a la línia d'aigua, i sis a la línia de fangs). Per solucionar cadascuna d'aquestes qüestions, s'avaluen les alternatives proposades respecte a un conjunt de criteris triats de la llista inicial. Aplicant el procés de decisió multicriteri anomenat SMART (simple multiattribute rating technique), es combinen els resultats de les alternatives respecte a cada criteri, tenint en compte la importància de cada criteri per obtenir un sol valor per alternativa. Per quantificar els criteris referents a l'operació del procés i les de tipus econòmic s'han utilitzat els programes GPS-X i CapdetWorks respectivament. Pel que fa als criteris no quantificats mitjançant aquests programes, s'han resolt de manera qualitativa i mitjançant manuals de disseny i també tenint en compte l'opinió d'experts en aquest camp. L'alternativa que obté un pes més elevat és la recomanada per al procés de decisió. El cas d'estudi finalitza un cop s'obté el disseny complet de l'EDAR. Per integrar tots aquests elements que hem esmentat i donar suport al desenvolupament del procés de decisió s'ha utilitzat el programa DRAMA (Design Rationale Management). A continuació, es fa una anàlisi comparativa entre l'EDAR que hi ha actualment al municipi de Granollers i l'EDAR resultat del cas d'estudi. Es descriu el diagrama de flux que conforma l'EDAR de Granollers i el diagrama de flux de l'EDAR resultat de l'estudi, se'n fa una anàlisi comparativa justificant cadascuna de les decisions preses en el cas d'estudi i, finalment, es fa una discussió de resultats on es reflecteixen els avantatges associats d'aplicar la metodologia de disseny conceptual proposada. Finalment, es presenten les conclusions de la tesi. Els principals resultats de la tesi es van publicar el 2002 a la revista internacional Industrial and Engineering Chemistry Research (N. Vidal, R. Bañares-Alcántara, I. Rodríguez-Roda i M. Poch: "Design of wastewater treatment plants using a conceptual design methodology", Industrial and Engineering Chemistry Research, 41 (20), pàg. 4993-5005) i la continuació de la línia de recerca al Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental de la UdG ha comportat la presentació del treball de recerca de Xavi Flores "Procés de decisió jeràrquic combinat amb anàlisi multicriteri per al suport al disseny conceptual de sistemes de fangs actius d'una estació depuradora d'aigües residuals" i la presentació dels resultats parcials al congrés internacional de la 9th IWA Conference on Design, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment, que va tenir lloc el setembre passat a Praga ("Combining hierarchical decision process with multi-criteria analysis for conceptual design of WWTP", X. Flores, N. Vidal, A. Bonmatí, J. B. Copp i I. Rodríguez-Roda).

Sistemes de formació en presseguer: avaluació i resultats econòmics als 10 anys d’implantació

El presseguer es una espècie molt important en la fructicultura de Lleida, en constant increment i sotmesa a forts canvis de mercat en els darrers anys. Aquesta situació ha fet que les decisions que es prenen abans de la plantació com ara la densitat i el sistema de formació siguin encara més importants, ja que condicionen la inversió inicial i la rendibilitat futura. A més a més, en el cas dels sistemes de formació, aquests tenen una forta repercussió en la necessitat de mà d’obra i de maquinaria per les feines normals de cultiu, fet que condiciona o be condicionat pel tipus d’explotació que tenim. Per tant és d’interès analitzar diferents sistemes de formació per treure’n el màxim rendiment econòmic. Una de les tendències més generalitzades en els darrers anys és la reducció del volum total del arbre, utilitzant formes en volum de poca alçada. Els objectius perseguits en aquests sistemes són tenir un baix cost d’inversió i de mà d’obra, podent realitzar la major part de les tasques des de terra, sense renunciar però a una alta producció i qualitat però, sobretot, una millor rendibilitat econòmica. Conscients de la importància que té l’elecció del sistema de formació en l’èxit econòmic de la plantació, l’any 1995 l’IRTA-Estació Experimental de Lleida va començar un assaig de comparació de diferents sistemes de producció en presseguer a la finca de Gimenells. En aquest assaig, i durant 10 anys, s’han controlat els temps de treball en cada una de les feines anuals, així com les produccions, calibres i qualitats obtingudes. Aquesta tasca ens ha permès l’estudi econòmic dels sistemes que s’exposa a continuació.

Sistemes integrats de gestió (Integrated Management Systems - IMS): Anàlisi empíric a les empreses de Catalunya

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Auditing and Integration of Management Systems Research Laboratory de la Universitat d’Alberta, Canadà, des de maig fins a setembre del 2007. Aquest centre porta a terme recerca de caire teòrica i bàsica aplicada a l’assegurament de la qualitat, i més concretament a l’estandardització i integració de sistemes de gestió. En primer lloc, s’han analitzat les dades obtingudes en l’estudi empíric descriptiu realitzat a Catalunya durant l’any 2005, focalitzat en els estàndards de gestió més utilitzats per les empreses catalanes, en que s’hi incloïen les normes ISO 9001, ISO 14001, OSHAS 18001 així com els nous estàndards de suport de la sèrie ISO 10000. En segon terme, i a partir d’aquest anàlisis previ, s’ha iniciat el disseny d’una metodologia flexible per a la integració dels sistemes de gestió basats en estàndards internacionals.

L’impacte de les institucions internacionals sobre la Unió Europea: presa de decisions, integració i europeïtzació

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Center for European Integration de la Freie Universität Berlin, Alemania, entre 2007 i 2009. El tema central del projecte consisteix en la descripció matemàtica de processos espai-temporals mitjançant la teoria dels Continuous-Time Random Walks. L'aportació més significativa del nostre treball en aquest camp consisteix en considerar per primera vegada la interacció entre diversos processos actuant de manera acoblada, ja que fins ara els models existents es limitaven a l'estudi de processos individuals o independents. Aquesta idea fa possible, per exemple, plantejar un sistema de transport en l'espai i a la vegada un procés de reacció (una reacció química, per exemple), i estudiar estadísticament com cada un pot alterar el comportament de l'altre. Això suposa un salt qualitatiu important en la descripció de processos de reacció-dispersió, ja que els nostres models permeten incorporar patrons de dispersió i comportaments temporals (cicles de vida) força realistes en comparació amb els models convencionals. Per tal de completar aquest treball teòric ha estat necessari també desenvolupar algunes eines numèriques (models de xarxa) per facilitar la implementació dels models. En la vessant pràctica, hem aplicat aquestes idees al cas de la dinàmica entre virus i el sistema immunològic que té lloc quan es produeix una infecció a l'organisme. Diferents estudis experimentals portats a terme els últims anys mostren com la resposta immunològica dels organismes superiors presenta una dinàmica temporal força complexa (per exemple, en el cas de la resposta programada). Per aquest motiu, les nostres tècniques matemàtiques són d'especial utilitat per a l'anàlisi d'aquests sistemes. Finalment, altres possibles aplicacions dels models, com ara l'estudi d'invasions biològiques, també han estat considerades.

Els catalans de sentiment nacional espanyol i el seu suport a la sobirania : Condicions i Drets.

L'objecte d'aquest treball final del Màster d'Anàlisi Política de la UOC (2008) és fer una reflexió basada en casos de diversos països de característiques similars a Catalunya, seguida de propostes estratègiques i de decisions a prendre sobre les condicions i seguretats que podrien fer decantar la població catalana de sentiment nacional espanyol cap a un vot favorable a la independència en un referèndum sobiranista.

Implantació d'una solució SIG per al'ajuda a la presa de decisions perl'explotació de recursos del subsòl

Aquest projecte té com a objectiu la implementació d¿un Sistema d¿InformacióGeogràfic (SIG) que permeti ajudar en la presa de decisions per l¿explotació derecursos del subsòl.

Construcció i explotació d'un magatzem de dades

A partir de quatre sistemes operatius diferents que serveixen als departaments de Marketing, Vendes, Recursos Humans i Finances de l'empresa Globalhard i mitjançant un procés d'extracció, transformació i càrrega de les dades, construirem un magatzem de dades únic que respongui a les necessitats analítiques de l'empresa i doni suport al procés de presa de decisions.

Construcción de un SIG para la Gestión de Explotación de Recursos del Subsuelo

Aquest Treball final de carrera (TFC) és una implantació d'una solució SIG, amb l¿objectiu d¿ajudar a prendre decisions en l'explotació de recursos del subsòl, dit d'una altra manera, una eina de suport per valorar quines són les parcel·les del terreny òptimes per iniciar la seva explotació. El Treball es divideix en dues parts, una teòrica i una altra pràctica. La part teòrica consisteix en l'estudi de les característiques fonamentals d'un SIG, a més d'un estudi pràctic dels aspectes generals del programa gvSIG. La part pràctica consisteix en el desenvolupament d'una solució SIG amb la finalitat de donar resposta als objectius proposats en aquest Treball final de carrera.

Estudi de diferents estàndards de qualitat al voltant de les activitats d'un departament de sistemes d'informació

Aquest estudi aborda la qualitat del programari i analitza una selecció d'estàndards significatius per la millora dels processos que donen suport a l'enginyeria del programari. Posteriorment es presenten uns criteris de categorització per finalment proposar una classificació dels estàndards de qualitat analitzats.