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Trabajos de investigación

Control óptimo basado en rechazo activo de perturbaciones en un fotobiorreactor Raceway

Jose Jorge Carreño Zágarra

En este documento se estudia el problema de seguimiento robusto de referencias mediante un enfoque óptimo de control basado en rechazo activo de perturbaciones. Los parámetros del controlador PID robusto son obtenidos mediante un procedimiento de optimización de una función de coste que considera el error de seguimiento y el esfuerzo de control. Con el fin de estimar las perturbaciones agrupadas (posiblemente variables en el tiempo) se diseña un observador Proporcional-Integral-Generalizado (GPI). Al integrar la información de estimación de dicho observador se desarrolla un método ADRC optimizado que permite lograr un seguimiento óptimo de la referencia incluso en presencia de perturbaciones e incertidumbres. El esquema de control robusto es validado por medio de la simulación de un proceso de producción de microalgas de un fotobiorreactor tipo Raceway y es comparado con un controlador clásico con acción feedforward. Los resultados de simulación demuestran que el algoritmo de control evaluado mejora significativamente la precisión de la regulación del pH con respecto al controlador clásico, logrando con ello una influencia positiva en la producción de biomasa.

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Federación de nodos de sensores inalámbricos basados en blockchain

Francisco José de Haro Olmo

Las redes de sensores inalámbricos (WSN), como parte integrante de la mayora de los dispositivos de la Internet de las Cosas (IoT), están proliferando actualmente proporcionando un nuevo paradigma de tecnologías emergentes. Se estima que el número de productos conectados a nivel mundial aumentara exponencialmente en la próxima década. Por ello, no es de extrañar que se encuentren aplicaciones en diferentes ámbitos como los hogares inteligentes, las ciudades inteligentes, la industria, la sanidad electrónica, la defensa, la seguridad, las redes de vehículos, la agricultura y la logística, entre otros. Las WSN transmiten la información recogida por los sensores existentes en los dispositivos IoT a nodos de cabecera que actúan como pasarelas para llegar a nodos de computación en la nube que procesaran esta información. El procesamiento de los datos recogidos a través de los sensores ha permitido dotar de inteligencia a entornos estratégicos como el sector agroalimentario. Asegurar la forma en que se transmite esta información y asegurar que se preserva la integridad de la misma. El uso de la tecnología blockchain ha demostrado ser eficaz para asegurar la integridad de las transacciones de datos entre entidades. En este trabajo, aprovechamos esta circunstancia para diseñar un mecanismo robusto basado en contratos inteligentes y tecnología blockchain que permita el tratamiento fiable de los datos.

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Optimización de consultas en Spatial Big Data: Heurísticas, Índices y Procesamiento Distribuido en Memoria

Francisco José García García

El gran volumen y velocidad en la creación de datos espaciales ha incrementado la atención hacia el tratamiento del Spatial Big Data. La dificultad de su almacenamiento y procesado en entornos centralizados tradicionales ha motivado la aparición de los denominados Sistemas de Gestión de Datos Espaciales Distribuidos (SGDED). Por un lado, SpatialHadoop es un SGDED basado en disco que utiliza el framework MapReduce sobre Apache Hadoop. Por otro lado, Sedona (anteriormente GeoSpark) es un SGDED basado en memoria que extiende el núcleo de Apache Spark. Ambos sistemas aportan el soporte de diferentes tipos de datos espaciales, técnicas de particionado, índices y consultas espaciales. En este trabajo, se presentan los resultados de aplicar diversas técnicas y heurísticas para el procesado de la consulta Group K-Nearest Neighbor (GKNN) en su adaptación de Hadoop a SpatialHadoop. Además, se muestra el desarrollo e implementación de un índice local basado en Quadtree para SpatialHadoop y su comparación con otros índices ya existentes. Por último, se presenta un trabajo en curso sobre la incorporación en Sedona de una de las consultas de join basadas en distancia más estudiada, la K Nearest Neighbours Join Query (KNNJQ).

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Control automático y gestión de recursos en distritos agroindustriales

Francisco García Mañas

En este artículo se exponen la temática de tesis doctoral del autor y los avances conseguidos durante el primer añoo de investigación, correspondiente al curso academico 2019/2020. La tesis doctoral del autor tiene como objetivo aplicar técnicas de control automático y desarrollar estrategias que permitan incrementar la eficiencia en el uso de energía y de recursos en distritos agroindustriales. De esta forma, se pretende contribuir a la mejora en la gestión de procesos relacionados con la agricultura intensiva bajo plástico. Los principales avances realizados hasta el momento se han centrado en el modelado y control aplicado a invernaderos. Por un lado, se ha desarrollado un mecanismo para obtener una predicción del crecimiento del cultivo de tomate en invernaderos a partir de pronósticos meteorológicos. Por otro lado, se han aplicado técnicas de control por prealimentación para rechazar perturbaciones que influyen en el problema de regulacion de la temperatura del aire en el interior de un invernadero.

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El paciente frente a los nuevos modelos digitales de relación médico-paciente implantados ante la situación de pandemia ocasionada por la Covid 19. Desarrollo de herramientas que facilitan la información y comunicación

González Revuelta, María Esther

La situación de crisis que estamos viviendo en el último año ocasionada por la pandemia en la que nos hemos visto inmersos toda la población ha acelerado algunos de los planteamientos que nos realizábamos en nuestro estudio de investigación. Si bien nos planteábamos conocer la opinión de los pacientes en cuanto a la sustitución de los métodos tradicionales de comunicación y atención por parte del profesional, sustituyendo una atención personal insitu por otra en remoto y virtual, esta situación ha acelerado de forma forzada el cambio del enfoque de tratamiento tradicional por uno basado en el uso de la tecnología para la asistencia a los pacientes, donde la telemedicina y la videoconferencia han sido dos elementos básicos de interacción médico-paciente y habiendo tenido que rediseñarse de forma vertiginosa nuevos procesos que fueran capaces de dar respuesta a las necesidades planteadas, donde las tecnologías han sido un factor clave y diferenciador de éxito. Expongo la evolución y actuaciones realizadas en este sentido en el ámbito de la Salud. Sigue siendo objetivo el avance en el desarrollo y puesta en marcha de herramientas informáticas tipo Apps que aporten mayor autonomía al paciente e incremente el uso de dispositivos móviles, apostando por las nuevas tecnologías para fomentar la interacción digital, son retos que nos planteamos y sobre los que estamos trabajando y forman parte del objeto de estudio y avance de este trabajo.

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Avances en el Modelado y Simulación de un Nuevo Concepto de Vehículo Urbano Eléctrico Ligero. Almacenamiento y Distribución de Energía

Francisco José Gómez Navarro

El presente trabajo tiene por objeto dar a conocer el avance del proyecto de investigación sobre un nuevo concepto de vehículo eléctrico ligero, que aprovecha las diversas fuentes de energía renovable disponibles, optimizando su uso, al objeto de maximizar la reducción en la emisión de gases de efecto invernadero ligados al transporte urbano de personas y bienes. Durante este periodo, con la ayuda del lenguaje de modelado Modelica y la herramienta de modelado Dymola, se han desarrollado los modelos correspondientes al almacenamiento y distribución de energía del vehculo. Se ha desarrollado, validado y publicado un modelo dinámico que simula adecuadamente el comportamiento de baterías del tipo Litio-Ferrofosfato (LiF ePO4) y que supone una aportación significativa respecto a los modelos de baterías Ion-Litio (Li-Ion) encontrados en la bibliografía y que son de uso comun en los vehículos eléctricos. Igualmente se ha desarrollado, validado y publicado un modelo dinámico lineal para convertidor CC-CC bidireccional del tipo NHBBC (Non-isolated Half-Bridge Bidirectional DC-DC Converter), que permite la simulación del comportamiento de los variadores unidireccionales y bidireccionales que conectan los distintos elementos generadores y consumidores de energía del vehículo al bus de energía, con la precisión requerida y en unos tiempos muy reducidos.

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Contribuciones de control robusto para sistemas sometidos a perturbaciones

Ángeles Hoyo Sánchez

Desde un punto de vista de general en ingeniería de control, los problemas de control más comunes en la industria son relativos al problema de regulación o rechazo a perturbaciones, errores de modelado, no linealidades y retardos. Generalmente las estrategias de control clásicas utilizadas para solucionar estos problemas (feedback linearization, control feedforward, control en cascada...) tienen en cuenta solo el modelo lineal. Sin embargo, siempre hay fuentes de error que no hacen posible que al aplicarlo se obtenga el rendimiento deseado. Por ello se requiere que, en todas estas estrategias, una modificación específica para darle el grado de robustez del cual carecen. Esta tesis tiene como objetivo abordar estos cuatro problemas con estrategias clásicas de control, analizando su robustez y validando su desempeño tanto en simulación como en plantas experimentales (un invernadero y un fotobiorreactor). Este trabajo presenta una revisión de los avances realizados en los cursos 2018/2019 y 2019/2020 en el marco de la presente tesis.

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Distributed Key Management to IoT Wireless Sensor Networks in Smart-Agro

Safwan Mawlood Hussein

With the deepening of the research and development in the field of embedded devices, the paradigm of the Internet of things (IoT) is gaining momentum. Its technology?s widespread applications increasing the number of connected devices constantly. IoT is built on sensor networks, which are enabling a new variety of solutions for applications in several fields (health, industry, defense, agrifood and agro sectors, etc.). Wireless communications are indispensable for taking full advantage of sensor networks but implies new requirements in the security and privacy of communications. Security in wireless sensor networks (WSNs) is a major challenge for extending IoT applications, in particular those related to the smart-agro. Moreover, limitations on processing capabilities of sensor nodes, and power consumption have made the encryption techniques devised for conventional networks not feasible. In such scenario, symmetric-key ciphers are preferred for key management in WSN; key distribution is therefore an issue. In this work, we provide a concrete implementation of a novel scalable group distributed key management method and a protocol for securing communications in IoT systems used in the smart agro sector, based on elliptic curve cryptography, to ensure that information exchange between layers of the IoT framework is not a affected by sensor faults or intentional attacks. In this sense, each sensor node executes an initial key agreement, which is done through every member?s public information in just two rounds and uses some authenticating information that avoids external intrusions. Further rekeying operations require just a single message and provide backward and forward security.

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Dynamic optimization and predictive control strategies for thermal solar systems

Igor Mendes Lima Pataro

Solar systems have received particular attention in what concerns renewable energy use as an alternative to reduce dependence on conventional sources of polluting energy. However, this power generation system is a complex dynamic process, characterized mainly by nonlinearities, multiple disturbance sources, significant transportation delays, and the primary power source's seasonal availability. For all these reasons, there is still a claim of thinking about advanced maneuverings and innovative methods to enhance the operation efficiency, increase the process operating time, and reduce its costs. Therefore, this project aims to carry out the study, design, and implementation of advanced control systems for solar power generation plants. We propose a sophisticated control system, based on predictive control strategies, capable of keeping more stringent specifications on optimal conditions during the system operation. Furthermore, the project comprises implementing a multilayer control structure based on a dynamic real-time optimization framework, capable of continuously evaluating the process operating conditions to maximize the plant's economic production.

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Model-based predictive control of greenhouse climate for the management of disease

Liu Ran

This work presents the progress made in this year during the development of the PhD. Two greenhouse models were developed: a new transient greenhouse one-dimensional model by the mechanism method to estimate the temperature and humidity and a three-dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) model for the typical Chinese solar greenhouses. For the 1D model, Promising results are obtained and the model performed well under different management mode including completely closing the vents, opening the vents, and completely closing the vents with thermal insulation blanket covered in cold season. For the 3D model, A computational fluid dynamics model was studied for the spatial and temporal distribution of the indoor microclimate and leaf condensation. Condensation always appeared first on the roof rather than on the leaves. The leaf condensation results were manually observed for comparison with the simulated results. Leaf condensation always occurred first in the area near the semi-transparent roof, both in the observations and the simulation. The LWD (Leaf Wetness Duration) was simulated by considering the duration of the simulated leaf condensation at each point. The evaluation was conducted on 216 pairs of samples. The true negative rate, true positive rate, and accuracy were 1, 0.66, and 0.89, respectively.

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Interoperabilidad entre dispositivos IoT en el marco de la Web of Things

Manel Mena Vicente

La comunicación entre los diferentes sistemas de IoT presenta una serie de desafíos en el procesamiento y análisis de la información heterogénea que están gestionando dichos sistemas. El estándar W3C Web of Things (WoT) ofrece un modelo común para definir esos dispositivos siguiendo las directrices establecidas por la Thing Description. Cuando definimos dispositivos mediante el uso de la Thing Description no estamos definiendo el comportamiento, simplemente definimos la funcionalidad de estos, por lo que no hay manera de saber si una interacción es consecuencia de otra. En este artículo, proponemos un mecanismo para mejorar la interoperabilidad entre dispositivos de la WoT que sientan las bases sobre cómo establecer una relación que los vincule. Esta relación está formada por dos entidades diferentes: las "causas" y los "efectos". Estas dos entidades son al mismo tiempo interacciones proporcionadas por el esquema de la Thing Description de cada dispositivo implicado. Las relaciones causa-efecto ayudan a definir cómo funcionan los dispositivos entre sí siguiendo una estrategia de comunicación de eventos.

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Optimización de Planes de Radioterapia en Paralelo con GENOCOP-III en GPU

Juan José Moreno Riado

El rendimiento de los algoritmos es uno de los factores claves en la obtención de buenos planes de radioterapia. Un plan de radioterapia actual genera un espacio de búsqueda tan grande que es imposible explorarlo en su totalidad en un tiempo aceptable. Para obtener planes que satisfagan a los profesionales médicos, necesitamos algoritmos con gran conocimiento del problema y excelente rendimiento. En este trabajo experimentamos con el algoritmo evolutivo GENOCOP III acelerado utilizando técnicas HPC en GPU y aplicado a un modelo lineal para la obtención de planes de Radioterapia de Intensidad Modulada (IMRT).

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Integración de modelos como servicio en iVeg, plataforma IoT para la agricultura intensiva protegida

Manuel Muñoz-Rodríguez

El siguiente artículo describe los avances obtenidos durante el año 2020 relacionados con la temática de la tesis. Hasta ahora se han desarrollado un conjunto de servicios y herramientas para la ayuda e integración de sistemas IoT aplicados a la agricultura de forma independiente. Este ultimo año se centró en realizar la integración de estos servicios en una única plataforma web, la cual permite al usuario poder gestionar un conjunto de invernaderos desde una única herramienta. Una de las grandes novedades de la herramienta es la inclusión de los modelos como servicios (GMaaS) nuevo termino desarrollado durante la tesis. Este servicio permite al usuario por medio de una interfaz web poder realizar uso de los Modelos DSS los cuales aportan un valor a los datos recogidos por los sensores. Entre las variables disponibles de GMaaS se encuentra el crecimiento del cultivo, variables climáticas interiores futuras y requisitos de nitrógeno. Además, se han realizado contribuciones de gran impacto para el desarrollo de la tesis en revistas de alto impacto y de divulgación.

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Reconocimiento de gestos aplicando Deep Learning

Juan Jesús Ojeda Castelo

En la actualidad el campo de Deep Learning se está aplicando a multitud de disciplinas muy diversas como Medicina, Visión Artificial o Procesamiento del Lenguaje Natural, donde se están obteniendo resultados esperanzadores. En este trabajo se describe el uso de Deep Learning en el proceso de reconocimiento de gestos para determinar los algoritmos que son más adecuados para el reconocimiento de una serie de gestos dinámicos. La base de datos de gestos TwentyBN ha sido el punto de partida para la realización de un total de 92 experimentos con una serie de algoritmos donde se han probado diferentes configuraciones con el fin de concluir si dichos algoritmos son aptos y obtienen un rendimiento lo suficientemente bueno, para aplicarlos en el reconocimiento de gestos.

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Algoritmo de clasificación de cultivos utilizando imágenes multi-espectrales y software eCognition

Luis Ortega López

La línea de investigación se basa en el desarrollo de un algoritmo multi-espectral de clasificación de cultivos utilizando el software eCognition. Este algoritmo es alimentado por imágenes preprocesadas obtenidas a través de una cámara multi espectral (Parrot Sequoia). El objetivo de este año ha sido el poder discriminar el cultivo de interés (plantas de girasol), la maleza, y el suelo en una imagen real de campo, en vista a poder calcular diversos parámetros que puedan ser de interés para la toma de decisiones en cultivos, como pueden ser: la efectividad de herbicidas o el grado de crecimiento de los cultivos o de la maleza.

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Optimización de comparadores cuánticos tolerantes a fallos para la binarización de imágenes

Francisco José Orts Gómez

El procesamiento cuántico de imágenes se centra en el uso de la computación cuántica en el campo del procesamiento digital de imágenes. En los últimos años, este tipo de procesamiento es del interés de la comunidad científica ya que las propiedades de la mecánica cuántica proporcionarían la potencia de cálculo necesaria para resolver operaciones con imágenes mucho más rápido que los ordenadores clásicos. La binarización es considerada como uno de los pasos más importantes en el procesamiento de imágenes. Esta operación consiste en convertir una imagen digital en una imagen en blanco y negro, de forma que se conserven las propiedades de la imagen. En este trabajo se propone un circuito cuántico para la binarización de imágenes basado en dos novedosos comparadores. Estos comparadores se centran en optimizar el número de puertas T necesarias para construirlos. El uso de puertas T es esencial para que los circuitos cuánticos contrarresten los efectos del ruido interno y externo. Sin embargo, estas puertas tienen un alto coste, y su lentitud también representa un cuello de botella en los circuitos. Los comparadores propuestos, en contraste con los actualmente disponibles, son la mejor opción cuando el ruido es un problema y su reducción es obligatoria.

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Modelado y control del proceso de producción de biomasa de microalgas en reactores abiertos

Enrique Rodríguez Miranda

La investigación con microalgas está ganando importancia debido, fundamentalmente, a las ventajas de su cultivo y la diversidad de aplicaciones que tiene la biomasa obtenida. Entre sus múltiples usos, la biomasa de microalgas puede utilizarse en aplicaciones comerciales para obtener productos de alto valor añadido con aplicaciones en nutrición y salud humana, acuicultura, cosmética y biofertilizantes. Además, otra aplicación prometedora que se está mejorando actualmente es el uso de biomasa de microalgas con fines energéticos, principalmente para la obtención de biocombustible. Por otro lado, durante su crecimiento, las microalgas capturan dióxido de carbono, contribuyendo a la mitigación del carbono, y su producción puede incluso combinarse con el tratamiento de aguas residuales. Para lograr la viabilidad económica y la sostenibilidad ambiental, es necesario reducir significativamente los costes de producción y los impactos ambientales, al tiempo que se mejora la productividad de los sistemas. Estos procesos pueden combinarse de tal manera que las sinergias producidas aumenten la sostenibilidad global de los procesos de producción. Esta tesis presenta diferentes enfoques, tanto de modelado como de control, relacionados con el proceso de producción de biomasa de microalgas. El principal objetivo del trabajo realizado ha sido mejorar la productividad de la biomasa en la operación de reactores de canalización. Esta mejora se centra en el desarrollo de modelos que sirvan para la simulación y estimación de parámetros característicos, como temperatura de cultivo y tasa de crecimiento, así como técnicas de control de temperatura y pH para mantener condiciones óptimas durante el cultivo.

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Transmisión de secuencias de imágenes JPEG2000 usando actualización condicional y compensación de movimiento controlada por el cliente

José Juan Sánchez Hernández

Este trabajo propone una estrategia para la transmisión de secuencias de imágenes JPEG2000 de alta resolución utilizando técnicas de actualización condicional y compensación de movimiento, en arquitecturas cliente/servidor que hagan uso del estándar de compresión JPEG2000 y el protocolo JPIP. Una de las principales contribuciones que se realizan en este trabajo, es que la actualización condicional y la compensación de movimiento se realizan en el lado del cliente, de modo que la técnica propuesta es compatible con cualquier servidor JPIP estándar. Este trabajo aprovecha la escalabilidad espacial que ofrece JPEG2000 para reutilizar los precintos de imágenes que ya han sido reconstruidas y visualizadas previamente por el cliente, y permite determinar qué precintos de la siguiente imagen de la secuencia han cambiado. De modo que el cliente en lugar de solicitar todos los precintos de la siguiente imagen, sólo solicitará aquellos que hayan cambiado y realizará una reconstrucción de la siguiente imagen haciendo uso de los precintos existentes de imágenes previas junto a los nuevos precintos que ha solicitado al servidor. Los resultados de nuestros experimentos demuestran que la calidad de las imágenes reconstruidas mejoran significativamente cuando además de la actualización condicional también se realiza una compensación de movimiento.

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Evaluación de computación paralela en un cluster basado en raspberry pi

Teresa Santamarìa-Lòpez

La evolución de las nuevas tecnologías pone en evidencia la intensificación del uso de diferentes arquitecturas computaciones que puedan brindar mayor confiabilidad y eficiencia en el manejo de grandes volúmenes de datos a alta velocidad. A menudo, los datos requieren procesamiento en tiempo real para apoyar alta respuesta del sistema que puede ser soportada por paradigmas de computación distribuida y paralela. En centros de educación superior de países en vía de desarrollo es complicado contar con tecnología de punta que permita al docente y estudiantes interactuar y aprender con escenarios de alta exigencia dentro del aula. El objetivo de este trabajo es evidenciar el armado, configuración, puesta en marcha y evaluación de un clúster basado en tecnologías de bajo costo, que presenten alternativas de respuesta como soluciones de procesamiento distribuido, portable y que puedan estar en capacidad de satisfacer necesidades de comunidades informáticas específicas. Para esta propuesta se usará como base placas de tipo ARM, específicamente un conjunto de Raspberries PI 3 y Python como lenguaje de programación.

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Modelado y gestión energética de una microrred

Alex Omar Topa Gavilema

Este trabajo consiste en el modelado y gestión energética de una microrred, mediante la utilización de modelos de caja blanca y caja negra para el control optimo de la microrred, a través de la selección de una o varias técnicas de optimización que se han probado durante los últimos años en la gestión energética de microrredes. Por otra parte, la puesta en marcha de la microrred, permitirá comprobar los resultados de simulación obtenidos en un entorno real. Finalmente, los resultados de esta investigación se mostrarán, mediante la elaboración y publicación de artículos científicos en revistas de alto impacto, congresos nacionales e internacionales y libros para validar la investigación realizada en esta tesis doctoral.

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Carencia de aplicación metodológica de la criptografía matemática en los estudiantes universitarios caso Ecuador

Tobar Farias Galo Wilfrido

En el estudio sobre el avance de las matemáticas los sistemas de seguridad basados en la criptografía han pasado por diferentes etapas para llegar lo que es actualmente al manejo de algoritmos complejos y sistemas de llaves de seguridad informática. Se le considera el intercambio de información de manera oculta entre un emisor y un receptor, es el arte para codificar y a la vez de descodificar mensajes burlando a intrusos. En algunas partes este documento se analiza el sistema matemático empleados para los lenguajes de programación en el desarrollo de pantallas en Java y su incidencia en los jóvenes para desarrollar inicialmente algoritmos básicos de programación a medida que comienzan a incrementar su nivel matemático en el desarrollo de algebra lineal, matrices y logaritmos. En este artículo se da un breve repaso de su historia, la importancia de las matemáticas para la codificación y descodificación de manera conmutativa, las dos presentan diferentes interpretaciones de los mensajes, el paso a las encriptaciones de las llaves públicas como privadas con la innovación de los algoritmos en la criptografía desarrollada en la no conmutativa, permitiendo limitar hasta un cierto punto la información para los destinatarios. Las técnicas de seguridad es requisito en las empresas por la confidencialidad y la integridad de este por aspectos que influyen a diario a las encriptaciones de mensajes esto se debe a los robos de información, estafas valiéndose de las tarjetas de crédito procediendo a las extorciones de cantidades de dinero según lo importante para la recuperación de los mismos, por ello, la importancia de recurrir e innovar cada día a las encriptaciones disfrazando los mensajes a códigos encubiertos. Cifrar el contenido del mensaje dependerá de cuán importante la organización el individuo considere a qué nivel de protección tendrá que adquirir en equipos de seguridad tecnología.

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