Monitoreo y alarma para sistema eléctrico vehicular (prototipo). Aplicación al parque automotor: maquina pesada tipo cargador

A lo largo de este documento, se tratarán los tópicos necesarios, que llevaron, al desarrollo del dispositivo prototipo propuesto. La estructura de éste, inicia, con el capítulo introductorio, posteriormente, se presenta en orden, el desarrollo del proyecto en cuatro capítulos, que contienen, información técnica y teórica sobre el sistema eléctrico vehicular, diseño y construcción, de un dispositivo emulador del sistema eléctrico vehicular, datos, que describen los rangos de tensión de operación, de los dispositivos que conforman a este mismo, desarrollo de un diagrama de ujo que veri que su comportamiento, selección de una plataforma de programación (software y hardware), que permita implementar este diagrama de ujo en un modelo físico, así mismo, el diseño de acopladores que permitan a la plataforma de programación, obtener datos del mundo real y entregar a este mismo por medio de una interfaz visual y auditiva, el estado actual del sistema eléctrico del vehículo. Por último, se describe la concatenación de todos los resultados anteriores obtenidos, para la construcción del dispositivo prototipo y los resultados obtenidos en la implementación del mismo. Se espera que el documento sea del agrado del lector y brinde herramientas tanto técnicas como teóricas para la aplicación de los conceptos aquí desarrollados, y sentar una base para próximos desarrollos y posibles extensiones de la función planteada en este proyecto

Fortificación IoT mediante blockchain y cifrado asimétrico

El despliegue de amplias redes de sensores para la monitorización plantea varios problemas desde el punto de vista de seguridad. Identificar si todos los elementos de la red son legítimos y si la información transmitida es veraz no es un asunto trivial cuando se habla de grandes cantidades de dispositivos. Esta situación no puede plantearse de la misma forma que se hace con una informática más tradicional, ya que los elementos con los que se trabaja en el ámbito del Internet de las Cosas son mucho menos potentes que un ordenador convencional. Para resolver esta situación se ha desarrollado un sistema de transporte que garantiza la integridad de los datos a través de las redes de dispositivos mediante la reciente tecnología de blockchain y técnicas de cifrado asimétrico. Este sistema está orientado a proporcionar seguridad a despliegues con un gran número de dispositivos de escasa potencia.Grado en Ingeniería de Tecnologías Específicas de Telecomunicació

Characterization of the Autonomic Nervous System Response in Hyperbaric Environments.

Esta tesis se centra en el estudio de la respuesta del Sistema Nervioso Autónomo (ANS) en entornos hiperbáricos. Los entornos hiperbáricos son aquellos escenarios en los cuales la presión atmosférica aumenta y ese aumento en la presión produce cambios en el sistema cardio-respiratorio del sujeto para mantener la homeostasis.Estos cambios se ven reflejados en el ANS, cuya respuesta puede ser medida de manera no invasiva a través de la Variabilidad del Ritmo Cardiaco (HRV), extraída del electrocardiograma (ECG), o a través de la Variabilidad del Ritmo del Pulso (PRV), extraída de la señal de pulso pletismográfico (PPG). La descripción de los entornos hiperbáricos, de la actividad del ANS, de la relación entre ellos y de cómo la respuesta del ANS puede ser medida a través de las señales ECG y PPG, puede encontrarse en el Capítulo 1.En el Capítulo 2, para corroborar si la señal PPG proporciona la misma información en términos de respuesta del ANS que la señal ECG, ambas señales fueron registradas en sujetos en el interior de una cámara hiperbárica, con la presión atmosférica aumentando desde 1 atm a 3 y 5 atm y luego volviendo a 3 y 1 atm. La correlación y el análisis estadístico entre los parámetros en el dominio temporal y frecuencial extraídos de ambas señales demuestran que la PRV puede ser considerada una medida sustituta de la HRV para los sujetos en el interior de la cámara hiperbárica. Esto hace de la PPG una señal a ser considerada en los entornos hiperbáricos, dado que su sensor es más barato y fácil de colocar que los electrodos del ECG (especialmente debajo del agua), y además la PPG puede estimar otros parámetros, como la saturación de oxígeno, que no se pueden estimar con el ECG. También se ha realizado una caracterización de cómo el ANS reacciona ante los cambios de presión y ante el tiempo pasado en el entorno hiperbárico mediante los parámetros extraídos del ECG y la PPG, aumentando aquellos relacionados con el sistema parasimpático cuando la presión es alta y disminuyendo los parámetros relacionados con el sistema simpático conforme más tiempo se pasa dentro de la cámara.La respiración juega un papel importante en los entornos hiperbáricos por lo que se debe incluir la información respiratoria en el análisis del HRV/PRV, dado que se ha demostrado que los cambios en el patrón respiratorio pueden alterar la interpretación de la respuesta del ANS. Por lo tanto, una vez que se ha probado que la señal PPG debe ser tenida en cuenta en los entornos hiperbáricos, en el Capítulo 3 se ha realizado un estudio sobre la estimación de la frecuencia respiratoria colocando el sensor de la PPG en distintas localizaciones. Para hacer esto, se ha registrado la señal respiratoria junto con la señal PPG en el dedo y en la frente en 35 sujetos mientras respiraban espontáneamente y de forma controlada a un ritmo constante, desde 0,1 Hz a 0,6 Hz en pasos de 0,1 Hz. Cuatro señales respiratorias derivadas dela PPG (PDR) fueron extraídas de cada una de las señales PPG registradas. Éstas son: la variabilidad del ritmo del pulso (PRV), la variabilidad de la anchura del pulso (PWV), la variabilidad de la amplitud del pulso (PAV) y la variabilidad de la intensidad inducida de la respiración (RIIV). La frecuencia respiratoria fue estimada para cada una de las 4 señales PDR en ambas localizaciones del sensor PPG. Los resultados sugieren que: i) la estimación de la frecuencia respiratoria es mejor en frecuencias bajas (por debajo de 0,4 Hz); ii) las señales registradas en el dedo son mejores para la estimación que las registradas en la frente; iii) es mejor no incluir la señal RIIV para estimar la frecuencia respiratoria.Siguiendo con la señal PPG, no sólo la PRV contiene información sobre la respuesta del ANS. También la morfología de la PPG puede proporcionar una gran cantidad de información sobre el estado vascular o sobre la distensibilidad arterial, dado que la propagación de la presión del pulso en las arterias causa alteraciones en el volumen de la sangre y por lo tanto cambios en la forma de onda de la PPG.Esta es la razón por la que, en el Capítulo 4, se presenta un nuevo algoritmo para descomponer el pulso de la PPG en dos ondas relacionadas con los picos sistólico y diastólico. La primera onda es obtenida concatenando la pendiente de subida del pulso, desde el principio hasta el primer máximo, con ella misma girada horizontalmente. La segunda onda se modela como una curva lognormal, ajustando su máximo al pico diastólico. De estas dos ondas, se extraen la amplitud, el instante temporal, la anchura, el _área y algunos ratios. Este método se aplica en el conjunto de datos de la cámara hiperbárica para identificar alteraciones en la morfología del pulso PPG debido a la exposición de los sujetos a diferentes presiones atmosféricas.Los resultados del instante temporal y la anchura de la onda relacionada con el pico sistólico apuntan a una vasoconstricción cuando aumenta la presión, probablemente debida a una activación del sistema simpático sobre los vasos sanguíneos. Los resultados del instante temporal y de la anchura de la onda relacionada con el pico diastólico reflejan esta vasoconstricción y también una dependencia con el intervalo entre los pulsos. Por lo tanto, esta metodología permite extraer una gran cantidad de parámetros relacionados con la morfología de la PPG que se ven afectados por los cambios de presión en los entornos hiperbáricos.En los Capítulos 2 y 4, la respuesta del ANS se ha estudiado dentro de una cámara hiperbárica, donde la presión varía. Sin embargo, hay muchas variables que pueden afectar la respuesta cardiovascular del cuerpo durante el buceo, como son la posición del cuerpo del buceador, la actividad física, la temperatura del agua, respirar por el regulador de presión, y algunas más. Por esta razón, en el Capítulo 5 se estudia la respuesta del ANS en tres entornos hiperbáricos distintos: dentro de la cámara hiperbárica, donde sólo la presión varió; durante una actividad de buceo controlado en el mar, donde la presión cambió, pero los efectos de otras variables se minimizaron lo máximo posible; y durante una actividad de buceo no controlado en un pantano, donde más factores cambiaron entre las etapas basal y de inmersión.Se realiza una comparación de los parámetros extraídos de la HRV entre dos etapas (basal e inmersión) en cada conjunto de datos para estudiar como estos factores relacionados con la actividad de buceo afectan a la respuesta del ANS. Para hacer esta comparación, en lugar de los parámetros frecuenciales clásicos, los métodos Principal Dynamic Mode (PDM) y Orthogonal Subspace Projection (OSP) se usan para tener en cuenta las interacciones lineales y no lineales y para tratar con la componente respiratoria que puede afectar a la respuesta del ANS, respectivamente.Los resultados del método OSP indican que la mayoría de la variación de la HRVno puede ser descrita por los cambios en la respiración, por lo que los cambios en la respuesta del ANS pueden aparecer por otros factores. Los parámetros temporales reflejan la activación vagal en la cámara hiperbárica y en el buceo controlado debido al efecto de la presión. En el buceo no controlado, sin embargo, la actividad simpática parece ser la dominante, debido a los efectos de otros factores como la actividad física, el entorno estimulante y el hecho de respirar a través del regulador durante la inmersión. Como resumen, se ha realizado una descripción detallada de los cambios en todos los posibles factores que pueden afectar a la respuesta del ANS entre las etapas basal y de inmersión en los distintos entornos hiperbáricos para una mejor explicación de los resultados.This dissertation focuses on the study of the Autonomic Nervous System (ANS) response in hyperbaric environments. Hyperbaric environments are those scenarios in which atmospheric pressure increases and this increase in pressure produces changes in the cardio-respiratory system of the subject to maintain the homeostasis. These changes are reflected in the ANS, whose response can be measured in a non-invasive way with the Heart Rate Variability (HRV), extracted from the electrocardiogram (ECG) or with the Pulse Rate Variability (PRV), extracted from the photoplethysmogram (PPG). The description of the hyperbaric environments, the ANS activity, the relationship between them and how the ANS response can be measured through ECG and PPG signals can be found in Chapter 1. In Chapter 2, to corroborate if PPG signal provides the same information in terms of ANS response than ECG signal, both signals were recorded for subjects inside a hyperbaric chamber when the atmospheric pressure varied from 1 atm to 3 atm and 5 atm and the coming back to 3 and 1 atm. The correlation and statistical analysis between time and frequency domain parameters extracted from both signals demonstrates that PRV can be considered as a surrogate measurement of HRV inside a hyperbaric chamber. This makes PPG a signal to be considered in hyperbaric environments, since its sensor is cheaper and easier to place than ECG electrodes (especially under the water), and PPG can estimate some parameters, as the oxygen saturation, than ECG cannot. Also a characterization of how the ANS reacts to pressure changes and the time spent in the hyperbaric environment is done with ECG and PPG parameters, increasing those related with the parasympathetic system when the pressure is high and decreasing the heart rate and the parameters related with the sympathetic system when more time is spent inside the chamber. Respiration plays an important role in hyperbaric environments, so it is important to include respiratory information in the HRV/PRV analysis, since it has been shown that changes in the respiratory pattern could alter the interpretation of the ANS response. Therefore, once that PPG signal has been proved as an interesting signal to consider in hyperbaric environments, in Chapter 3 a study about the respiratory rate estimation from different locations of the PPG sensor is performed. To do that, the respiratory signal together with finger and forehead PPG were recorded from 35 subjects while breathing spontaneously, and during controlled respiration experiments at a constant rate from 0.1 Hz to 0.6 Hz, in 0.1 Hz steps. Four PPG derived respiratory (PDR) signals were extracted from each one of the recorded PPG signals: pulse rate variability (PRV), pulse width variability (PWV), pulse amplitude variability (PAV) and the respiratory-induced intensity variability (RIIV). Respiratory rate was estimated from each one of the 4 PDR signals for both PPG sensor locations. Results suggest that: i) respiratory rate estimation is better at lower rates (0.4 Hz and below); ii) the signals recorded at the finger are better than those at the forehead to estimate respiratory rate; iii) it is better not to include RIIV signal to estimate the respiratory rate. Following with the PPG signal, not only PRV contains information about the ANS response. Also, PPG morphology can provide a great amount of information about vascular assessment or arterial compliance, since pulse pressure propagation in arteries causes alterations in blood volume and therefore changes in the PPG pulse shape. That is the reason why, in Chapter 4, a new algorithm to decompose the PPG pulse into two waves related with the systolic and the diastolic peaks is presented. The first wave is obtained concatenating the up-slope from the beginning to the first maximum with itself flipped horizontally. The second wave is modelled by a lognormal curve, adjusting its maximum to the diastolic peak. From these two waves, the amplitude, the time instant, the width, the area and some ratios are extracted. This method is applied in a hyperbaric chamber dataset to identify alterations in the morphology of the PPG pulse due to the exposure of the subjects to different pressures. Results of the time and width of the wave related with the systolic peak point out to a vasoconstriction when the pressure increases, probably due to an activation of the sympathetic system on the blood vessels. Results of the time and width of the wave related with the diastolic peak reflect the vasoconstriction but also a dependency with the pulse-to-pulse interval. Therefore this methodology allows to extract a great set of parameters related with the PPG morphology that are affected by the change of pressure in hyperbaric environments. In Chapters 2 and 4, the ANS response is studied inside a hyperbaric chamber, where the pressure varies. However, there are many variables that could affect the body's cardiovascular response during diving, such as diver body position, physical activity, water temperature, breathing with a scuba mouthpieces and more. This is the reason why in Chapter 5 the ANS response is studied in three different hyperbaric environments: inside a hyperbaric chamber, where only the pressure varied; during a controlled dive in the sea, where the pressure changed but the effects of other factors were minimized; and during an uncontrolled dive in a reservoir, where more factors differed from baseline to immersion stage. A comparison of the HRV features between the two stages (baseline and immersion) in each dataset is carried out to study how these factors related to scuba diving activity affect the ANS response. To do this comparison, instead of the classic frequency methods, the Principal Dynamic Mode (PDM) and the Orthogonal Subspace Projection (OSP) methods are used to account for linear and non-linear interactions and to deal with the respiratory component that could affect the ANS response, respectively. OSP results indicate that most of the variation in the heart rate variability cannot be described by changes in the respiration, so changes in ANS response can be assigned to other factors. Time domain parameters reflect vagal activation in the hyperbaric chamber and in the controlled dive because of the effect of pressure. In the uncontrolled dive, sympathetic activity seems to be dominant, due to the effects of other factors such as physical activity, the challenging environment, and the influence of breathing through the scuba mask during immersion. In summary, a careful description of the changes in all the possible factors that could affect the ANS response between baseline and immersion stages in hyperbaric environments is performed for better explanation of the results.<br /

Migración y ciudadanía. La lógica de la asignación de derechos en la acción social

Exponemos las aportaciones de la reflexión antropológica acerca de la relación entre las formas de inclusión de la población inmigrante en España y el reconocimiento de los DESC y la ciudadanía. Asistimos al tránsito de la idea clásica de “ciudadanía social” de Marshall basada en la universalidad de derechos a una visión segmentada del acceso a los derechos en un contexto global neoliberal, en el cual la ciudadanía se convierte en un mecanismo de exclusión y no de inclusión. Describimos la producción de la alteridad del inmigrante pauperizado y peligroso, que dan paso a su inclusión diferencial. En ese proceso clasificatorio el ordenamiento jurídico y la gestión institucional juegan un papel clave, legitimadas mediante los discursos de la escasez y la seguridad. Así, reflexionamos sobre la función del trabajo social en este contexto y la tensión entre modelos dirigidos al control social frente a otros que emplean lógicas transformadoras y de lucha por la equidad y la justicia social

Seeding approach to bubble nucleation in superheated Lennard-Jones fluids

We investigate vapor homogeneous nucleation in a superheated Lennard-Jones liquid with computer simulations. Special simulation techniques are required to address this study since the nucleation of a critical vapor bubble-one that has an equal chance to grow or shrink-in a moderately superheated liquid is a rare event. We use the Seeding method, which combines Classical Nucleation Theory with computer simulations of a liquid containing a vapor bubble to provide bubble nucleation rates in a wide temperature range. Seeding has been successfully applied to investigate the nucleation of crystals in supercooled fluids, and here we apply it to the liquid-to-vapor transition. We find that the Seeding method provides nucleation rates that are consistent with independent calculations not based on the assumptions of Classical Nucleation Theory. Different criteria to determine the radius of the critical bubble give different rate values. The accuracy of each criterion depends of the degree of superheating. Moreover, seeding simulations show that the surface tension depends on pressure for a given temperature. Therefore, using Classical Nucleation Theory with the coexistence surface tension does not provide good estimates of the nucleation rate

Seeding approach to nucleation in the NVT ensemble: The case of bubble cavitation in overstretched Lennard Jones fluids

Simulations are widely used to study nucleation in first order phase transitions due to the fact that they have access to the relevant length and time scales. However, simulations face the problem that nucleation is an activated process. Therefore, rare event simulation techniques are needed to promote the formation of the critical nucleus. The Seeding method, where the simulations are started with the nucleus already formed, has proven quite useful in efficiently providing estimates of the nucleation rate for a wide range of orders of magnitude. So far, Seeding has been employed in the NPT ensemble, where the nucleus either grows or redissolves. Thus, several trajectories have to be run in order to find the thermodynamic conditions that make the seeded nucleus critical. Moreover, the nucleus lifetime is short and the statistics for obtaining its properties is consequently poor. To deal with these shortcomings we extend the Seeding method to the NVT ensemble. We focus on the problem of bubble nucleation in a metastable Lennard Jones fluid. We show that, in the NVT ensemble, it is possible to equilibrate and stabilise critical bubbles for a long time. The nucleation rate inferred from NVT-Seeding is fully consistent with that coming from NPT-Seeding. The former is quite suitable to obtain the nucleation rate along isotherms, whereas the latter is preferable if the dependence of the rate with temperature at constant pressure is required. Care should be taken with finite size effects when using NVT-Seeding. Further work is required to extend NVT seeding to other sorts of phase transitions

Accurate Long-term Air Temperature Prediction with a Fusion of Artificial Intelligence and Data Reduction Techniques

In this paper three customised Artificial Intelligence (AI) frameworks, considering Deep Learning (convolutional neural networks), Machine Learning algorithms and data reduction techniques are proposed, for a problem of long-term summer air temperature prediction. Specifically, the prediction of average air temperature in the first and second August fortnights, using input data from previous months, at two different locations, Paris (France) and C\'ordoba (Spain), is considered. The target variable, mainly in the first August fortnight, can contain signals of extreme events such as heatwaves, like the mega-heatwave of 2003, which affected France and the Iberian Peninsula. Thus, an accurate prediction of long-term air temperature may be valuable also for different problems related to climate change, such as attribution of extreme events, and in other problems related to renewable energy. The analysis carried out this work is based on Reanalysis data, which are first processed by a correlation analysis among different prediction variables and the target (average air temperature in August first and second fortnights). An area with the largest correlation is located, and the variables within, after a feature selection process, are the input of different deep learning and ML algorithms. The experiments carried out show a very good prediction skill in the three proposed AI frameworks, both in Paris and C\'ordoba regions.Comment: 33 pages, 14 figures, 7 tables, under revie

Accurate long-term air temperature prediction with Machine Learning models and data reduction techniques

In this paper, three customised Artificial Intelligence (AI) frameworks, considering Deep Learning, Machine Learning (ML) algorithms and data reduction techniques, are proposed for a problem of long-term summer air temperature prediction. Specifically, the prediction of the average air temperature in the first and second August fortnights, using input data from previous months, at two different locations (Paris, France) and (Córdoba, Spain), is considered. The target variable, mainly in the first August fortnight, can contain signals of extreme events such as heatwaves, like the heatwave of 2003, which affected France and the Iberian Peninsula. Three different computational frameworks for air temperature prediction are proposed: a Convolutional Neural Network (CNN), with video-to-image translation, several ML approaches including Lasso regression, Decision Trees and Random Forest, and finally a CNN with pre-processing step using Recurrence Plots, which convert time series into images. Using these frameworks, a very good prediction skill has been obtained in both Paris and Córdoba regions, showing that the proposed approaches can be an excellent option for seasonal climate prediction problems.This research has been partially supported by the European Union, through H2020 Project “CLIMATE INTELLIGENCE Extreme events detection, attribution and adaptation design using machine learning (CLINT)”, Ref: 101003876-CLINT. This research has also been partially supported by the project PID2020-115454GB-C21 of the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN)

Photoplethysmographic Waveform Versus Heart Rate Variability to Identify Low Stress States. Attention Test

Our long-term goal is the development of an automatic identifier of attentional states. In order to accomplish it, we should firstly be able to identify different states based on physiological signals. So, the first aim of this work is to identify the most appropriate features, to detect a subject high performance state. For that, a database of electrocardiographic (ECG) and photopletysmographic (PPG) signals is recorded in two unequivocally defined states (rest and attention task) from up to 50 subjects as a sample of the population. Time and frequency parameters of heart/pulse rate variability have been computed from the ECG/PPG signals respectively. Additionally, the respiratory rate has been estimated from both signals and also six morphological parameters from PPG. In total, twenty six features are obtained for each subject. They provide information about the autonomic nervous system and the physiological response of the subject to an attention demand task. Results show an increase of sympathetic activation when the subjects perform the attention test. The amplitude and width of the PPG pulse were more sensitive that the classical sympathetic markers (normalised power in LF and LF/HF ratio) for identifying this attentional state. State classification accuracy reaches a mean of 89 $\pm$ 2%, a maximum of 93% and a minimum of 85%, in the hundred classifications made by only selecting four parameters extracted from the PPG signal (pulse amplitude, pulse width, pulse downward slope and mean pulse rate). These results suggest that attentional states could be identified by PPG