Signal processing techniques for agro-industrial machinery monitoring

En los últimos tiempos, las técnicas de procesado de señal han ido ganando importancia dentro de numerosas aplicaciones industriales. Estos enfoques orientados al procesado de señal están abriendo nuevas perspectivas en muchas áreas del ámbito agro-industrial, destacando entre ellas la monitorización de maquinaria. El principal objetivo de esta tesis es el diseño, implementación y evaluación de esquemas de procesado de señal específicos que permitan la monitorización de equipamiento agro-industrial en tres sentidos: mantenimiento predictivo, seguimiento de vehículos y equipos de medida. Las técnicas propuestas en esta tesis contribuyen al estado del arte, expandiendo o extendiendo técnicas existentes, e incluso proponiendo esquemas completamente novedosos. La metodología seguida a lo largo de esta tesis, con objeto de alcanzar los objetivos marcados, se puede dividir en cinco etapas: revisión del estado del arte, formulación de hipótesis, desarrollo y evaluación, análisis de resultados y publicación de resultados. En esta tesis se han abordado tres problemas agro-industriales diferentes: mantenimiento predictivo de una cosechadora agrícola, seguimiento cinemático de un vehículo y monitorización del flujo a través de cada una de las boquillas en un pulverizador agrícola. Tres características principales de los métodos propuestos destacan sobre el resto. La primera es que todos los métodos satisfacen los objetivos con una precisión suficiente. La segunda característica es que todos los métodos propuestos conducen a sistemas que son asequibles y baratos. La última característica es la optimización de los métodos, que conduce a menores necesidades computacionales en comparación con otros enfoques existentes. Esta última propiedad hace que estos métodos puedan emplearse en aplicaciones con requisitos de tiempo real. Los resultados obtenidos en esta tesis ofrecen muestras de la capacidad de monitorizar maquinaria agro-industrial ofrecida por los métodos de procesado de señal. Hay dos conclusiones principales que se puede extraer de estos resultados. La primera es que las técnicas de procesado de señal pueden obtener información útil relativa a los problemas agro-industriales abordados. La segunda conclusión es que las soluciones propuestas tienden a proporcionar mayor precisión, mejor relación efectividad-coste y son más fáciles de desplegar, en comparación con otras alternativas existentes.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaDoctorado en Tecnologías de la Información y las Telecomunicacione

New strategies in antimicrobial photodynamic therapy and singlet oxygen detection

Tres estratègies adreçades a aportar una major perspectiva en el camp de la teràpia fotodinámica antimicrobiana comprenen la primera part de la tesi. En una primera aproximació, sis fotosensibilitzadors catiònics, amb diferent càrrega elèctrica neta i estructura, han estat caracteritzats en dissolució i les seves propietats fotoinactivadores provades contra diferents tipus de microorganismes. En una segona aproximació, conjugats entre un fotosensibilitzador i el pèptid antimicrobià Apidaecina 1b han estat analitzats fotofísica i mecanísticament, i les seves propietats correlacionades amb la seva habilitat fotosensibilitzadora en bacteris. En l'última aproximació, dues proteïnes fluorescents –TagRFP i miniSOG- han estat expressades en E. coli i s'ha estudiat la seva fototoxicitat així com el seu mecanisme d'acció. A més, s'ha reevaluat i estudiat en detall la capacitat de miniSOG per fotosensibilitzar la formació d'oxigen singlet. En la segona part de la tesi, l'interès s'ha centrat en la detecció d'oxigen singlet. En la primera secció, s'ha avaluat la capacitat de detecció en dissolució d'una nova díada composta per un naftoxazol i una trampa química d'oxigen singlet. En l'última secció, es desenvolupa, prova i discuteix la viabilitat de nanopartícules de poliacrilamida com a plataforma potencial per a la detecció d'oxigen singlet en sistemes intracel•lulars.Tres estrategias destinadas a aportar una mayor perspectiva en el campo de la terapia fotodinámica antimicrobiana componen la primera parte de la tesis. En una primera aproximación, seis fotosensibilizadores catiónicos, con distinta carga eléctrica neta y estructura, han sido caracterizados en disolución y sus propiedades fotoinactivadoras probadas contra diferentes tipos de microorganismos. En una segunda aproximación, conjugados entre un fotosensibilizador y el péptido antimicrobiano Apidaecina 1b han sido analizados fotofísica y mecanísticamente, y sus propiedades correlacionadas con su habilidad fotosensibilizadora en bacterias. En la última aproximación, dos proteínas fluorescentes –TagRFP y miniSOG- han sido expresadas en E. coli y se ha estudiado su fototoxicidad así como su mecanismo de acción. Además, se ha reevaluado y estudiado en detalle la capacidad de miniSOG para fotosensibilizar la formación de oxígeno singlete. En la segunda parte de la tesis, el interés se ha centrado en la detección de oxígeno singlete. En la primera sección, se ha evaluado la capacidad de detección en disolución de una nueva díada compuesta por un naftoxazol y una trampa química de oxígeno singlete. En la última sección, se desarrolla, prueba y discute la viabilidad de nanopartículas de poliacrilamida como plataforma potencial para detección de oxígeno singlete en sistemas intracelulares.Three strategies addressed to give further scope on to the antimicrobial photodynamic therapy field comprise the first part of the thesis. In a first approach, six cationic photosensitisers varying in the net electrical charge and structure have been characterised in solution and their photoinactivation skills have been tested against different types of microorganisms. In a second approach, conjugates between a photosensitiser and the antimicrobial peptide Apidaecin 1b have been analysed in a photophysical and mechanistic way, and their properties have been correlated with their bacterial photoinactivation ability. In the last approach, two fluorescent proteins –namely TagRFP and miniSOG- have been expressed in E. coli and their phototoxicity has been studied and characterised mechanistically. Moreover, the capacity of miniSOG to photosensitise singlet oxygen formation has been revisited and studied in detail. In the second part of the thesis, focus has been shifted towards singlet oxygen detection. In the first section, the probing ability of a new dyad comprising a naphthoxazole moiety plus a singlet oxygen chemical trap has been evaluated in solution. In the last section, we develop, test, and discuss the feasibility of a polyacrylamide nanoparticle scaffold as a potential platform for singlet oxygen detection in intracellular systems

Análisis de vibraciones mecánicas mediante un clasificador basado en SVM para el mantenimiento predictivo de máquinas: aplicación en una cosechadora agrícola

En este proyecto se presenta un método de estimación del estado de los componentes rotantes en maquinaria agro-industrial, empleando señales de vibración adquiridas de un único punto del chasis. El objetivo de este trabajo es doble: (i) valorar la viabilidad de detectar algunos de los estados mecánicos de los componentes rotantes en maquinaria agro-industrial empleando un único acelerómetro situado en el chasis de la máquina, y (ii) proponer un sistema clasificador para ese propósito y evaluar su rendimiento. Como objetivo secundario, se extraerán las características más apropiadas, dentro de aquellas contempladas en este estudio, para ser empleadas en esta aplicación concreta de análisis de señales de vibración.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaMáster en Investigación en Tecnologías de la Información y las Comunicacione

Aplicación web para gestionar y compartir ejercicios de baloncesto

En el presente documento se recoge el desarrollo de una web para crear y compartir ejercicios de baloncesto. Dicha aplicación web está orientada a entrenadores de baloncesto para que puedan tener un lugar donde almacenar y compartir con otros los ejercicios que habitualmente utilizan en sus entrenamientos y poder reutilizarlos sin tener que describirlos o dibujarlos de continuo. El proyecto ha seguido la metodología del Proceso Unificado orientado a la Educación, con las fases que esto conlleva: inicio, elaboración, construcción y transición. Antes de comenzar el desarrollo, se ha realizado un boceto de la misma en papel y ha sido mostrada a entrenadores reales para que estos dieran una primera opinión y añadir alguna modificación durante las fases de análisis y diseño. Una vez terminada la aplicación, ha sido desplegada en un servidor online en su versión gratuita y compartida con los usuarios que vieron el boceto inicial, donde han podido realizar pruebas y dar su visión de la aplicación.This document includes the developmental process of a website to create and share basketball exercises. In this sense, this web application is aimed at basketball coaches so they can have a place to store and share with others the exercises they usually use in their workouts and be able to reuse them without having to describe or draw them continuously. The project has followed the methodology of the Unified Process for Education, with the phases that this entails: Inception, Elaboration, Construction and Transition Before starting the development, a paper sketch was made and it was shown afterwards to real coaches for them to give a first opinion and add some modifications during the analysis and design phases. Once the application was finished, it was deployed on an online server in its free version and shared with the users who saw the initial sketch, where they were able to carry out tests and give their vision of the application.Grado en Ingeniería Informátic

Adaptive Global WASF-GA to Handle Many-objective Optimization Problems

In this paper, a new version of the aggregation-based evolutionary algorithm Global WASF-GA (GWASF-GA) for many-objective optimization is proposed, called Adaptive Global WASF-GA (A-GWASF-GA). The fitness function of GWASF-GA is defined by an achievement scalarizing function (ASF) based on the Tchebychev distance, which considers two reference points (the nadir and utopian points) and a set of weight vectors. Despite of the benefits of using these two reference points simultaneously and a well- distributed set of weight vectors, it is necessary to go a step further to get better approximations in problems with complicated Pareto optimal fronts. For this, in A-GWASF-GA, some of the weight vectors are re-calculated during the optimization process based on the sparsity of the solutions found so far, and taking into account some theoretical results demonstrated in this paper regarding the ASF considered. Different strategies are carried out to accelerate the convergence and to maintain the diversity. The computational results, carried out in comparison with NSGA-III and different versions of MOEA/D, show the good performance of A-GWASF-GA in well-known but also in novel many-objective optimization benchmark problems.This work has been supported by the Spanish Ministry of Econ- omy and Competitiveness (project ECO2017-88883-R) co-financed by FEDER funds, and by the Regional Government of Andalucía (PAI group SEJ-532), This research has also been partially supported by grant num- bers TIN2017-88213-R (http://6city.lcc.uma.es) and RTC-2017-6714- 5 (http://ecoiot.lcc.uma.es) and by Universidad de Málaga, Campus Internacional de Excelencia Andalucía TECH. Sandra Gonzalez-Gallardo is recipient of a technical research contract within “Sistema Nacional de Garantía Juvenil y del Programa Operativo de Empleo Juvenil 2014– 2020 - Fondos FEDER” also acknowledges the training received from the University of Malaga PhD Programme in Economy and Business (Programa de Doctorado en Economía y Empresa de la Universidad de Málaga). Rubén Saborido is recipient of a Juan de la Cierva grant (refer- ence FJC2018-038537-I), funded by the Spanish State Research Agency. Ana B. Ruiz is recipient of the postdoctoral fellowship “Captación de Talento para la Investigación” at the Universidad de Málaga (Spain)

Relative Radiometric Normalization of Multitemporal images

A correct radiometric normalization between both images is fundamental for change detection. MAD method and its IR-MAD extension in an implementation on multisprectral aerial images is described in this paper

Sludge treatment wetland for treating microalgae digestate grown in agricultural runoff: a technical, economic, and environmental assessment

The management and disposal of wastewater treatment sludge can be a costly and resource-intensive process. To provide a cost-effective and sustainable alternative, Sludge Treatment Wetlands (STW) have emerged as a viable solution for enhancing sludge quality through dewatering and biodegradation. In this study, the effectiveness of a full-scale STW for stabilizing and dewatering digested microalgal biomass from a domestic and agricultural wastewater treatment system was evaluated. The properties of the treated digestate in the STW were assessed after 35 weeks of operation and a resting period of 4 weeks. The dry matter content was found to be 12.8%, and the average macronutrient content was K: 3.8 mg/g DW, P: 4.9 mg/g DW, and Ca: 95 mg/g DW. The highest contents of micronutrients were for Fe: 7.8 mg/g DW and Mg: 7.6 mg/g DW, while heavy metals and pathogen contents were below the EC limits for sewage sludge reuse in agriculture. The STW was found to be a cost-effective and environmentally friendly option for treating mixed wastewater-based sludge for land application. The STW outperformed reference systems using centrifuge dewatering techniques, particularly in terms of eutrophication potential and acidification potential. However, the STW’s economic performance was slightly worse than that of the dewatering system in terms of unit production cost. This study is the first in the literature to investigate the use of STW for treating digested microalgae and its possible reuse in arable land, suggesting that STW infrastructures have great potential for the development of sustainable and eco-friendly sludge treatment technologies.This research was funded by the European Commission (H2020 project INCOVER, GA 689242). E. Gonzalez-Flo would like to thank the European Union-Next Generation EU, Ministry of Universities and Recovery, Transformation and Resilience Plan for her research grant [2021UPF-MS12]. A. Ortiz would like to thank the European Union Next-Generation EU, Ministry of Universities and Recovery, Transformation and Resilience Plan for his research grant [2022UPC-MSC-94120].Peer ReviewedBy Eva Gonzalez-Flo 1 , Antonio Ortiz 2, Carlos A. Arias 3, Rubén Díez-Montero 2,4, Norbert Kohlheb 5, Ulf-Henning Schauser 6, Joan García 2 and Peder K. S. Gregersen 7. 1 GEMMA-Group of Environmental Engineering and Microbiology, Department of Civil and Environmental Engineering, Escola d’Enginyeria de Barcelona Est (EEBE), Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech, Av. Eduard Maristany 16, Building C5.1, E-08019 Barcelona, Spain 2 GEMMA-Group of Environmental Engineering and Microbiology, Department of Civil and Environmental Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech, c/Jordi Girona 1-3, Building D1, E-08034 Barcelona, Spain 3 Department of Biology, Aarhus University, 8000 Aarhus, Denmark 4 GIA-Group of Environmental Engineering, Department of Water and Environmental Sciences and Technologies, Universidad de Cantabria, Avda. Los Castros s/n, 39005 Santander, Spain 5 Helmholtz-Zentrum Fuer Umveltforschung GMBH–UFZ (“UFZ”), 04318 Leipzig, Germany 6 N.A.T., Ingenieurökologisches Planungsbüro, 24340 Eckernförde, Germany 7 Center for Recirkulering v/Peder S, 6870 Gregersen Ölgod, DenmarkPostprint (published version

An error based mathematical module to enhance learning in signals and systems

During the last years, the lecturers at the Circuits and Systems Engineering Department at the E.U.I.T. de Telecomunicación at the Universidad Politécnica de Madrid are observing more and more serious mathematical errors in the different exams and exercises taken by the students. Although some of these mistakes can be considered unacceptable in engineering disciplines, it is possible for a student to pass the final exam regardless of these mistakes. In this scenario, and aware that results were getting worse and worse year after year, it was considered convenient, and almost indispensable, to develop math exercises that students must practice if they want to progress following a continuous and formative assessment method along their engineering studies. The first part of this work is to analyze basic mathematical errors in final exam exercises of the course “Signals and Systems”. We present and illustrate the most relevant errors detected during the last two years final exams of that course. The information obtained permits us to identify the main lacks, difficulties and defaults of the students. The second part of this work is to develop a training module in order to the students can practice as many times as they want with simple exercises dealing with the topics where frequent errors are detected. After practicing they must pass an initial test to make sure that students have acquired the adequate basic mathematical background and skills to progress successfully in the mentioned course. The questions and exercises have been written using different formats, most of them to be compatible with Moodle platform requirements

Inorganic carbon stimulates the metabolic routes related to the polyhydroxybutyrate production in a Synechocystis sp. strain (cyanobacteria) isolated from wastewater

Cyanobacteria are capable of transforming CO2 into polyhydroxybutyrate (PHB). In this study, different inorganic carbon concentrations (0–2 gC L−1) were evaluated for a Synechocystis sp. strain isolated from wastewater. Quantitative RT-qPCR was also performed to decipher the links between inorganic carbon and PHB and glycogen metabolism. 2 gC L−1 of bicarbonate stimulated cell growth, nutrients consumption and production of PHB. Using this concentration, a 14%dcw of PHB and an average productivity of 2.45 mgPHB L−1 d−1 were obtained. Gene expression analysis revelated that these conditions caused the overexpression of genes related to glycogen and PHB synthesis. Moreover, a positive correlation between the genes codifying for the glycogen phosphorylase, the acetyl-CoA reductase and the poly(3-hydroxyalkanoate) polymerase was found, meaning that PHB synthesis and glycogen catabolism are strongly related. These results provide an exhaustive evaluation of the effect of carbon on the PHB production and cyanobacterial metabolism