Le transport fluvial de conteneurs constitue une activité économique importante qui suscite un intérêt grandissant de la part de scientifiques. Considéré comme durable et économique, le transport par barge a été identifié comme étant une alternative compétitive pour le transport de marchandises, en complément des modes traditionnels de transport, routier et ferroviaire. Néanmoins, les travaux de recherche en rapport avec la planification et le management du transport par barge, en particulier dans le contexte du transport intermodal, sont encore peu abondants. Le but de cette thèse est d’apporter une contribution dans ce domaine, par la proposition de modèles et de méthodes de planification et gestion avancées, dans le cadre d’un système d’aide à la décision pour le transport de conteneurs par barge développé pour accompagner les opérateurs de transport. La méthodologie proposée fait appel à des concepts et principes de gestion du revenu, des ressources et des services de transport pour la conception de plans de services réguliers avec horaires, au niveau tactique. Les opérateurs de transport peuvent ainsi offrir des plans de transport avec des services plus flexibles pour leurs clients, tout en assurant un meilleur niveau de fiabilité. Plus de demandes de transport pourront ainsi être satisfaites, avec globalement une plus grande satisfaction des chargeurs. Une originalité importante proposée par notre approche est l’utilisation de principes et techniques de gestion du revenu (segmentation du marché, classes tarifaires...) aussi bien au niveau opérationnel de la modélisation qu’au niveau tactique. Les problèmes d’optimisation sont formalisés sous forme de modèles de programmation linéaire mixte en nombres entiers (PLNE), implémentés et testés sous différentes configurations de réseaux de transport et différents scénarios de demandes, et ce pour chaque niveau de décision. Au niveau tactique, une nouvelle approche de résolution, combinant la recherche adaptative à voisinage large (ALNS) et la recherche taboue, est proposée pour résoudre des problèmes PLNE de grande taille. Une plateforme de simulation, qui intègre les niveaux tactique et opérationnel de prise de décision, est proposée pour la validation du système d’aide à la décision sous différentes configurations : différentes topologies du réseau physique, différents paramètres pour la gestion du revenu, différents degrés de précision caractérisant les prévisions de demande. Pour l’analyse des résultats numériques ainsi obtenus, plusieurs types d’indicateurs de performance sont proposés et utilisés. / Barge transportation is an important research topic that started to draw increasing scientific attention in the recent decade. Considered as sustainable, environment-friendly and economical, barge transportation has been identified as a competitive alternative for freight transportation, complementing the traditional road and rail modes. However, contributions related to barge transportation, especially in the context of intermodal transportation, are still scarce. The objective of this thesis is to contribute to fill this gap by proposing a reactive decision support system for freight intermodal barge transportation from the perspective of the carriers. The proposed system incorporates resource and revenue management concepts and principles to build the optimal set of scheduled services plans at the tactical level. Carriers may thus benefit from transportation plans offering increased flexibility and reliability. They could thus serve more demands and better satisfy customers. One novelty of the approach is the application of revenue management considerations (e.g., market segmentation and price differentiation) at both operational and tactical planning levels. The optimization problems are mathematically formalized and mixed integer linear programming (MILP) models are proposed, implemented and tested against various network settings and demand scenarios, for each decision level. At the tactical level, a new solution approach, combining adaptive large neighborhood search (ALNS) and Tabu search is designed to solve large scale MILP problems. An integrated simulation framework, including the tactical and the operational levels jointly, is proposed to validate the decision support system in different settings, in terms of physical network topology, revenue management parameters and accuracy degree of demand forecasts. To analyze the numerical results corresponding to the solutions of the optimization problems, several categories of performance indicators are proposed and used.

In the building automation domain, there are gaps among various tasks related to design engineering. As a result created system designs must be adapted to the given requirements on system functionality, which is related to increased costs and engineering effort than planned. For this reason standards are prepared to enable a coordination among these tasks by providing guidelines and unified artifacts for the design. Moreover, a huge variety of prefabricated devices offered from different manufacturers on the market for building automation that realize building automation functions by preprogrammed software components. Current methods for design creation do not consider this variety and design solution is limited to product lines of a few manufacturers and expertise of system integrators. Correspondingly, this results in design solutions of a limited quality. Thus, a great optimization potential of the quality of design solutions and coordination of tasks related to design engineering arises. For given design requirements, the existence of a high number of devices that realize required functions leads to a combinatorial explosion of design alternatives at different price and quality levels. Finding optimal design alternatives is a hard problem to which a new solution method is proposed based on heuristical approaches. By integrating problem specific knowledge into algorithms based on heuristics, a promisingly high optimization performance is achieved. Further, optimization algorithms are conceived to consider a set of flexibly defined quality criteria specified by users and achieve system design solutions of high quality. In order to realize this idea, optimization algorithms are proposed in this thesis based on goal-oriented operations that achieve a balanced convergence and exploration behavior for a search in the design space applied in different strategies. Further, a component model is proposed that enables a seamless integration of design engineering tasks according to the related standards and application of optimization algorithms.:1 Introduction 17 1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3 Goals and Use of the Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4 Solution Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5 Organization of the Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 Design Creation for Building Automation Systems 25 2.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 Engineering of Building Automation Systems . . . . . . . . . . . 29 2.3 Network Protocols of Building Automation Systems . . . . . . . 33 2.4 Existing Solutions for Design Creation . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5 The Device Interoperability Problem . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6 Guidelines for Planning of Room Automation Systems . . . . . . 38 2.7 Quality Requirements on BAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8 Quality Requirements on Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.8.1 Quality Requirements Related to Project Planning . . . . 42 2.8.2 Quality Requirements Related to Project Implementation 43 2.9 Quality Requirements on Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.10 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3 The Design Creation Task 47 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2 System Design Composition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2.1 Abstract and Detailed Design Model . . . . . . . . . . . . 49 3.2.2 Mapping Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.3 Formulation of the Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.3.1 Problem properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.3.2 Requirements on Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4 Solution Methods for Design Generation and Optimization 59 4.1 Combinatorial Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2 Metaheuristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.3 Examples for Metaheuristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.3.1 Simulated Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.3.2 Tabu Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3.3 Ant Colony Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.3.4 Evolutionary Computation . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.4 Choice of the Solver Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.5 Specialized Methods for Diversity Preservation . . . . . . . . . . 70 4.6 Approaches for Real World Problems . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.6.1 Component-Based Mapping Problems . . . . . . . . . . . 71 4.6.2 Network Design Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.6.3 Comparison of Solution Methods . . . . . . . . . . . . . . 74 4.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5 Automated Creation of Optimized Designs 79 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.2 Design Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.3 Component Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.3.1 Presumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.3.2 Integration of Component Model . . . . . . . . . . . . . . 87 5.4 Design Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.4.1 Component Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.4.2 Generation Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.5 Design Improvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.5.1 Problems and Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.5.2 Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.5.3 Application Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 5.6 Realization of the Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.6.1 Objective Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.6.2 Individual Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 5.7 Automated Design Creation For A Building . . . . . . . . . . . . 124 5.7.1 Room Spanning Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 5.7.2 Flexible Rooms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 5.7.3 Technology Spanning Designs . . . . . . . . . . . . . . . . 129 5.7.4 Preferences for Mapping of Function Blocks to Devices . . 132 5.8 Further Uses and Applicability of the Approach . . . . . . . . . . 133 5.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6 Validation and Performance Analysis 137 6.1 Validation Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.2 Performance Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.3 Example Abstract Designs and Performance Tests . . . . . . . . 139 6.3.1 Criteria for Choosing Example Abstract Designs . . . . . 139 6.3.2 Example Abstract Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 6.3.3 Performance Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.3.4 Population Size P - Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.3.5 Cross-Over Probability pC - Analysis . . . . . . . . . . . 157 6.3.6 Mutation Probability pM - Analysis . . . . . . . . . . . . 162 6.3.7 Discussion for Optimization Results and Example Designs 168 6.3.8 Resource Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.3.9 Parallelism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.4 Optimization Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.5 Framework Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.5.1 Components and Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.5.2 Workflow Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.5.3 Optimization Control By Graphical User Interface . . . . 180 6.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7 Conclusions 185 A Appendix of Designs 189 Bibliography 201 Index 211

Tesis por compendio / [ES] El diseño de infraestructuras está fuertemente influido por la búsqueda de soluciones que tengan en cuenta el impacto en la economía, el medio ambiente y la sociedad. Estos criterios están muy relacionados con la definición de sostenibilidad que hizo la Comisión Brundtland en 1987. Este hito supuso un reto para técnicos, científicos y legisladores. Este reto consistía en generar métodos, criterios, herramientas y normativas que permitieran incluir el concepto de sostenibilidad en el desarrollo y diseño de nuevas infraestructuras. Desde entonces, se han producido pequeños avances en la búsqueda de la sostenibilidad, pero se necesitan más a corto plazo. Como plan de acción, las Naciones Unidas establecieron los Objetivos de Desarrollo Sostenible, fijando el año 2030 como meta para alcanzarlos. Dentro de estos objetivos, las infraestructuras se postulan como un punto crítico. Tradicionalmente, se han desarrollado métodos para obtener diseños óptimos desde el punto de vista del impacto económico. Sin embargo, aunque en los últimos tiempos se ha avanzado en la aplicación y utilización de métodos de análisis del ciclo de vida completo, aún falta un consenso claro, especialmente en el pilar social de la sostenibilidad. Dado que la sostenibilidad engloba diferentes criterios, que en principio no van necesariamente de la mano, el problema de la búsqueda de la sostenibilidad se plantea no sólo como un problema de optimización, sino también como un problema de toma de decisiones multi-criterio. El objetivo principal de esta tesis doctoral es proponer diferentes metodologías para la obtención de diseños óptimos que introduzcan los pilares de la sostenibilidad en el diseño de puentes mixtos acero-hormigón. Como problema estructural representativo se propone un puente viga en cajón de tres vanos mixto. Dada la complejidad de la estructura, en la que intervienen 34 variables discretas, la optimización con métodos matemáticos resulta inabordable. Por ello, se propone el uso de algoritmos metaheurísticos. Esta complejidad también se traduce en un alto coste computacional para el modelo, por lo que se implementa un modelo de redes neuronales profundas que permite la validación del diseño sin necesidad de computación. Dada la naturaleza discreta del problema, se proponen técnicas de discretización para adaptar los algoritmos al problema de optimización estructural. Además, para mejorar las soluciones obtenidas a partir de estos algoritmos discretos, se introducen métodos de hibridación basados en la técnica K-means y operadores de mutación en función del tipo de algoritmo. Los algoritmos utilizados se clasifican en dos ramas. La primera son los basados en trayectorias como el Simulated Annealing, Threshold Accepting y el Algoritmo del Solterón. Por otra parte, se utilizan algoritmos de inteligencia de enjambre como Jaya, Sine Cosine Algorithm y Cuckoo Search. La metodología de Análisis del Ciclo de Vida definida en la norma ISO 14040 se utiliza para evaluar el impacto social y medioambiental de los diseños propuestos. La aplicación de esta metodología permite evaluar el impacto y compararlo con otros diseños. La evaluación mono-objetivo de los diferentes criterios lleva a la conclusión de que la optimización de costes está asociada a una reducción del impacto medioambiental y social de la estructura. Sin embargo, la optimización de los criterios medioambientales y sociales no reduce necesariamente los costes. Por ello, para realizar una optimización multi-objetivo y encontrar una solución de compromiso, se implementa una técnica basada en la Teoría de Juegos, proponiendo una estrategia de juego cooperativo. La técnica multi-criterio utilizada es la Teoría de la Entropía para asignar pesos a los criterios para la función objetivo agregada. Los criterios considerados son los tres pilares de la sostenibilidad y la facilidad constructiva de la losa superior. Aplicando esta técnica se obtiene un diseño óptimo relativo a los tres pilares de la soste / [CAT] El disseny d'infraestructures està fortament influït per la cerca de solucions que tinguen en compte l'impacte en l'economia, el medi ambient i la societat. Aquests criteris estan molt relacionats amb la definició de sostenibilitat que va fer la Comissió Brundtland en 1987. Aquesta fita va suposar un repte per a tècnics, científics i legisladors. Aquest repte consistia a generar mètodes, criteris, eines i normatives que permeteren incloure el concepte de sostenibilitat en el desenvolupament i disseny de noves infraestructures. Des de llavors, s'han produït xicotets avanços en la cerca de la sostenibilitat, però es necessiten més a curt termini. Com a pla d'acció, les Nacions Unides van establir els Objectius de Desenvolupament Sostenible, fixant l'any 2030 com a meta per aconseguir-los. Dins d'aquests objectius, les infraestructures es postulen com un punt crític. Tradicionalment, s'han desenvolupat mètodes per a obtindre dissenys òptims des del punt de vista de l'impacte econòmic. No obstant això, encara que en els últims temps s'ha avançat en l'aplicació i utilització de mètodes d'anàlisis del cicle de vida complet, encara falta un consens clar, especialment en el pilar social de la sostenibilitat. Atés que la sostenibilitat engloba diferents criteris, que en principi no van necessàriament de la mà, el problema de la cerca de la sostenibilitat es planteja no sols com un problema d'optimització, sinó també com un problema de presa de decisions multi-criteri. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és proposar diferents metodologies per a l'obtenció de dissenys òptims que introduïsquen els pilars de la sostenibilitat en el disseny de ponts mixtos. Com a problema estructural representatiu es proposa un pont viga en calaix de tres vans mixt. Donada la complexitat de l'estructura, en la qual intervenen 34 variables discretes, l'optimització amb mètodes matemàtics resulta inabordable. Per això, es proposa l'ús d'algorismes metaheurísticos. Aquesta complexitat també es tradueix en un alt cost computacional per al model, per la qual cosa s'implementa un model de xarxes neuronals profundes que permet la validació del disseny sense necessitat de computació. Donada la naturalesa discreta del problema, es proposen tècniques de discretització per a adaptar els algorismes al problema d'optimització estructural. A més, per a millorar les solucions obtingudes a partir d'aquests algorismes discrets, s'introdueixen mètodes d'hibridació basats en la tècnica K-*means i operadors de mutació en funció del tipus d'algorisme. Els algorismes utilitzats es classifiquen en dues branques. La primera són els basats en trajectòries com la Simulated Annealing, Threshold Accepting i el Old Bachelor Acceptance. D'altra banda, s'utilitzen algorismes d'intel·ligència d'eixam com Jaya, Sine Cosine Algorithm i Cuckoo Search. La metodologia d'Anàlisi del Cicle de Vida definida en la norma ISO 14040 s'utilitza per a avaluar l'impacte social i mediambiental dels dissenys proposats. L'aplicació d'aquesta metodologia permet avaluar l'impacte i comparar-lo amb altres dissenys. L'avaluació mono-objectiu dels diferents criteris porta a la conclusió que l'optimització de costos està associada a una reducció de l'impacte mediambiental i social de l'estructura. No obstant això, l'optimització dels criteris mediambientals i socials no redueix necessàriament els costos. Per això, per a realitzar una optimització multi-objectiu i trobar una solució de compromís, s'implementa una tècnica basada en la Teoria de Jocs, proposant una estratègia de joc cooperatiu. La tècnica multi-criteri utilitzada és la Teoria de l'Entropia per a assignar pesos als criteris per a la funció objectiu agregada. Els criteris considerats són els tres pilars de la sostenibilitat i la facilitat constructiva de la llosa superior. Aplicant aquesta tècnica s'obté un disseny òptim relatiu als tres pilars de la sostenibilitat i a partir del qual es millora la facilitat constructiva. / [EN] Infrastructure design is strongly influenced by the search for solutions considering the impact on the economy, the environment, and society. These criteria were strongly related to the definition of sustainability by the Brundtland Commission in 1987. This milestone posed a challenge for technicians, scientists, and legislators alike. This challenge consisted of generating methods, criteria, tools, and regulations that would allow the inclusion of the concept of sustainability in developing and designing new infrastructures. Since then, small advances have been made in the search for sustainability, but they need more in the short term. As an action plan, the United Nations established the Sustainable Development Goals, setting the year 2030 as the target for achieving them. Within these goals, infrastructure is postulated as a critical point. Traditionally, methods have been developed to obtain optimal designs from the point of view of economic impact. However, although recent advances have been made in implementing and using complete life cycle analysis methods, there still needs to be a clear consensus, especially in the social pillar of sustainability. Given that sustainability encompasses different criteria, which in principle do not necessarily go hand in hand, the problem of finding sustainability is posed not only as an optimization problem but also as a multi-criteria decision-making problem. The main objective of this doctoral thesis is to propose different methodologies for obtaining optimal designs that introduce the pillars of sustainability in the design of steel-concrete composite bridges. A three-span box-girder bridge is proposed as a representative structural problem. Given the complexity of the structure, which involves 34 discrete variables, optimization with mathematical methods is unaffordable. Therefore, the use of metaheuristic algorithms is proposed. This complexity also translates into a high computational cost for the model, so a deep neural networks model is implemented to allow the validation of the design without the need for computation. Given the problem's discrete nature, discretization techniques are proposed to adapt the algorithms to the structural optimization problem. In addition, to improve the solutions obtained from these discrete algorithms, hybridization methods based on the K-means technique and mutation operators are introduced depending on the type of algorithm. The algorithms used are classified into two branches. The first are those based on trajectories such as Simulated Annealing, Threshold Accepting, and Old Bachelor Acceptance. Moreover, swarm intelligence algorithms such as Jaya, Sine Cosine Algorithm, and Cuckoo Search are used. The Life Cycle Assessment methodology defined in the ISO 14040 standard is used to evaluate the social and environmental impact of the proposed designs. The application of this methodology allows the evaluation of the impact and comparison with other designs. The single-objective evaluation of the different criteria leads to the conclusion that cost optimization is associated with a reduction of the environmental and social impact of the structure. However, optimizing environmental and social criteria does not necessarily reduce costs. Therefore, to perform a multi-objective optimization and find a compromise solution, a technique based on Game Theory is implemented, proposing a cooperative game strategy. The multi-criteria technique used is the Entropy Theory to assign criteria weights for the aggregate objective function. The criteria considered are the three pillars of sustainability and the constructive ease of the top slab. Applying this technique results in an optimal design concerning the three pillars of sustainability and from which the constructive ease is improved. / I would like to thank the Spanish Ministry of Science and Innovation. This research would not have been possible without the support of grant FPU-18/01592, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, "ESF invests in your future", as well as the financial assistance provided by DIMALIFE (BIA2017-85098-R) and HYDELIFE (PID2020-117056RB-I00), both funded by MCIN/AEI/10.13039/5011-00011033, and "ERDF A way of making Europe". / Martínez Muñoz, D. (2023). Optimal Deep Learning Assisted Design of Socially and Environmentally Efficient Steel Concrete Composite Bridges under Constrained Budgets [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195967 / Compendio

[ES] Un aprovechamiento racional y ajustado de los recursos hídricos disponibles en el regadío implica la necesidad de disponer de infraestructuras que mediante conducciones a presión permitan llevar desde captación hasta la planta los volúmenes requeridos. Los sistemas de riego a presión, tanto a nivel colectivo como en parcela, permiten un alto control sobre el agua aplicada y garantizan una alta eficiencia de aplicación. La adopción de estos sistemas de riego ha llevado en los últimos 30 años a la construcción y puesta en marcha de numerosas redes colectivas de riego a presión. En el marco mediterráneo donde el modelo productivo se basa en una agricultura intensiva de parcelas de tamaño pequeño y medio (superficies medias no superiores a 0,5 ha), el sistema de distribución del agua desde la red a la parcela se realiza normalmente a través de hidrantes denominados multiusuario. La localización y capacidad hidráulica de estos elementos es un tema poco estudiado hasta la fecha. Tradicionalmente su localización y definición de los elementos que lo componen ha corrido a cargo de la propia experiencia en estos campos de los ingenieros, desconociendo en muchos casos como afectan estos parámetros al funcionamiento final de la instalación y a los costes que supone dicha inversión. Esta Tesis aborda el estudio de estos aspectos con el objetivo de obtener una metodología de cálculo basada en la utilización de los SIG que optimice tanto la ubicación de los hidrantes como el trazado de conducciones entre los mismos desde el punto de alimentación. Como punto de partida, se definió la capacidad hidráulica de los mismos en cuanto a caudal y número de tomas que pueden abastecer, dando unas recomendaciones basadas en estudios hidráulicos de las características finales que deben tener los mismos en cada caso y de las tomas individuales a parcela. Seguidamente, se abordó la problemática de la localización, relacionada directamente con el anterior punto. En este caso, mediante la utilización de distintas herramientas de geoprocesos que ofrecen los softwares basados en SIG, se obtuvieron las localizaciones que minimizan tanto los costes energéticos como los de inversión. Finalmente, obtenida la ubicación, se estableció el trazado de las conducciones desde la toma hasta cada uno de los hidrantes. En este caso, los criterios a tener en cuenta fueron función del tipo de vía por el que se pretenden trazar (camino rural, carretera, cauce, etc) llevándose a cabo mediante la elaboración de un mapa ráster de resistencias donde la solución óptima fue aquella que menos resistencia acumulada ofrecía. Para su elaboración se requirió del apoyo de metodologías de análisis Multicriterio como AHP. Toda la metodología de trabajo fue aplicada sobre doce casos de estudio reales y se comparará con el diseño de ingenieros proyectistas especialistas en el campo de la modernización de regadíos. Los resultados obtenidos mediante el uso de la metodología planteada arrojaron unos ahorros en los costes totales de hasta el 15 % respecto al dimensionado externo. En todos ellos se obtuvo la misma tendencia, pese a obtener mayor número de hidrantes multiusuario, se redujeron los costes totales de instalación de la red. Como conclusión puede decirse que la metodología aportada redujo considerablemente los costes y planteó unos criterios objetivos a la hora del diseño y dimensionado de las redes. De este modo se redujo la subjetividad aportada por el proyectista. / [CA] Un aprofitament racional i ajustat dels recursos hídrics disponibles en el regadiu implica la necessitat de disposar d'infraestructures que mitjançant conduccions a pressió permeten portar des de captació fins a la planta els volums requerits. Els sistemes de reg a pressió, tant a nivell col·lectiu com en parcel·la, permeten un alt control sobre l'aigua aplicada i garanteixen una alta eficiència d'aplicació. L'adopció d'aquests sistemes de reg ha portat en els últims 30 anys la construcció i posada en marxa de nombroses xarxes col·lectives de reg a pressió. En el marc mediterrani on el model productiu es basa en una agricultura intensiva de parcel·les de grandària petita i mitjana (superfícies mitjanes no superiors a 0,5 ha), el sistema de distribució de l'aigua des de la xarxa a la parcel·la es realitza normalment a través d'hidrants denominats multiusuari. La localització i capacitat hidràulica d'aquests elements és un tema poc estudiat fins hui. Tradicionalment la seua localització i definició dels elements que ho componen ha sigut a càrrec de la pròpia experiència en aquests camps dels enginyers, desconeixent en molts casos com afecten aquests paràmetres al funcionament final de la instal·lació i als costos que suposa aquesta inversió. Aquesta Tesi aborda l'estudi d'aquests aspectes amb l'objectiu d'obtindre una metodologia de càlcul basada en la utilització dels SIG que optimitze tant la ubicació dels hidrants com el traçat de conduccions entre els mateixos des del punt d'alimentació. Com a punt de partida, es va definir la capacitat hidràulica dels mateixos quant a cabal i nombre de tomes que poden proveir, donant unes recomanacions basades en estudis hidràulics de les característiques finals que han de tindre els mateixos en cada cas i de les preses individuals a parcel·la. Seguidament, es va abordar la problemàtica de la localització, relacionada directament amb l'anterior punt. En aquest cas, mitjançant la utilització de diferents eines de geoprocesos que ofereixen els softwares basats en SIG, es van obtindre les localitzacions que minimitzen tant els costos energètics com els d'inversió. Finalment, obtinguda la ubicació, es va establir el traçat de les conduccions des de la presa fins cadascun dels hidrants. En aquest cas, els criteris a tindre en compte van ser funció del tipus de via pel qual es pretenen traçar (camí rural, carretera, llit, etc) duent-se a terme mitjançant l'elaboració d'un mapa ráster de resistències on la solució òptima va ser aquella que menys resistència acumulada oferia. Per a la seua elaboració es va requerir del suport de metodologies d'anàlisi Multicriteri com AHP. Tota la metodologia de treball va ser aplicada sobre dotze casos d'estudi reals i va comparar amb el disseny d'enginyers projectistes especialistes en el camp de la modernització de regadius. Els resultats obtinguts mitjançant l'ús de la metodologia plantejada van llançar uns estalvis en els costos totals de fins al 15% respecte al dimensionament extern. En tots ells es va obtindre la mateixa tendència, malgrat obtindre major nombre d'hidrants multiusuari, es van reduir els costos totals d'instal·lació de la xarxa. Com a conclusió pot dir-se que la metodologia aportada va reduir considerablement els costos i va plantejar uns criteris objectius a l'hora del disseny i dimensionament de les xarxes. D'aquesta manera es va reduir la subjectivitat aportada pel projectista. / [EN] Rational and adjusted use of the water resources available in irrigation implies the need to have infrastructures that, by means of pressure pipes, can carry out the required volumes from the catchment to the plant. Pressurized irrigation systems, both at the collective level and on the plot, allow high control over the water applied and guarantee high application efficiency. The adoption of these irrigation systems has led in the last 30 years to the construction and start-up of numerous collective pressurized irrigation networks. In the Mediterranean framework, where the production model is based on intensive agriculture of small and medium-sized plots (average surfaces not exceeding 0.5 ha), the water distribution system from the network to the plot is normally carried out through of -called multi-user hydrants. The location and hydraulic capacity of these elements is a subject little studied to date. Traditionally, its location and definition of the elements that compose it have been carried out by the engineers' own experience in these fields, in many cases unaware of how these parameters affect the final operation of the installation and the costs involved in said investment. This thesis deals with the study of these aspects to obtain a calculation methodology based on the use of GIS that optimizes both the location of the hydrants and the layout of the pipes between them from the point of supply. As a starting point, their hydraulic capacity was defined in terms of flow rate and number of intakes they can supply, giving recommendations based on hydraulic studies of the final characteristics that they should have in each case and of the individual intakes on a plot. Next, the problem of location, directly related to the previous point, was addressed. In this case, by using different geoprocessing tools offered by GIS-based software, locations that minimize both energy and investment costs were obtained. Finally, once the location was obtained, the layout of the pipes from the intake to each of the hydrants was established. In this case, the criteria to be taken into account were a function of the type of road along which it is intended to be traced (rural road, highway, riverbed, etc.) carried out by preparing a raster map of resistances where the optimal solution was that that offered less accumulated resistance. For its elaboration, the support of Multicriteria analysis methodologies such as AHP was required. The entire work methodology was applied to twelve real case studies and will be compared with the design of specialist project engineers in the field of irrigation modernization. The results obtained through the use of the proposed methodology showed savings in total costs of up to 15% compared to external dimensioning. The same trend was obtained in all of them, despite obtaining a greater number of multi-user hydrants, the total costs of installing the network were reduced. In conclusion, it can be said that the methodology provided considerably reduced costs and proposed objective criteria when designing and sizing the networks. In this way, the subjectivity provided by the designer was reduced. / González Pavón, C. (2023). Optimización de la localización de hidrantes multiusuario y trazado de redes de riego a presión mediante la utilización de SIG [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192926

The thesis deals the issue of solution of continuous systems by evolutionary computational techniques. Evolutionary computing techniques fall into the field of softcomputing, an advanced metaheuristics optimization that is becoming more and more a method of solving complicated optimization problems with the gradual increase in computing performance of computers. The solution of continuous systems, or the synthesis of continuous control circuits, is one of the areas where these advanced algorithms find their application. When dealing with continuous systems we will focus on regulatory issues. Evolutionary computing can then become a tool not only for optimization of controller parameters but also to design its structure. Various algorithms (genetic algorithm, differential evolution, etc.) can be used to optimize the parameters of the controller, for the design of the controller structurewe usually encounter so called grammatical evolution. However, the use of grammatical evolution is not necessary if appropriate coding is used, as suggested in the presented thesis. The thesis presents a method of designing the structure and parameters of a general linear controller using the genetic algorithm. A general linear regulator is known also as so called polynomial controller, if we encounter the polynomial theory of control. The method of encoding the description of the general linear controller into the genetic chain is crucial, it determines a set of algorithms that are usable for optimization and influence the efficiency of the calculations. Described coding, effective EVT implementation, including multi-criteria optimization, is a key benefit of this work.

Les problèmes d’optimisation combinatoire sont devenus la cible de nombreuses recherches scientifiques pour leur importance dans la résolution de problèmes académiques et de problèmes réels rencontrés dans le domaine de l’ingénierie et dans l’industrie. La résolution de ces problèmes par des méthodes exactes ne peut être envisagée à cause des délais de traitement souvent exorbitants que nécessiteraient ces méthodes pour atteindre la (les) solution(s) optimale(s). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au contexte algorithmique de résolution des problèmes combinatoires, et au contexte de modélisation de ces problèmes. Au niveau algorithmique, nous avons appréhendé les méthodes hybrides qui excellent par leur capacité à faire coopérer les méthodes exactes et les méthodes approchées afin de produire rapidement des solutions. Au niveau modélisation, nous avons travaillé sur la spécification et la résolution exacte des problématiques complexes de fouille des ensembles de motifs en étudiant tout particulièrement le passage à l’échelle sur des bases de données de grande taille. D'une part, nous avons proposé une première parallélisation de l'algorithme DGVNS, appelée CPDGVNS, qui explore en parallèle les différents clusters fournis par la décomposition arborescente en partageant la meilleure solution trouvée sur un modèle maître-travailleur. Deux autres stratégies, appelées RADGVNS et RSDGVNS, ont été proposées qui améliorent la fréquence d'échange des solutions intermédiaires entre les différents processus. Les expérimentations effectuées sur des problèmes combinatoires difficiles montrent l'adéquation et l'efficacité de nos méthodes parallèles. D'autre part, nous avons proposé une approche hybride combinant à la fois les techniques de programmation linéaire en nombres entiers (PLNE) et la fouille de motifs. Notre approche est complète et tire profit du cadre général de la PLNE (en procurant un haut niveau de flexibilité et d’expressivité) et des heuristiques spécialisées pour l’exploration et l’extraction de données (pour améliorer les temps de calcul). Outre le cadre général de l’extraction des ensembles de motifs, nous avons étudié plus particulièrement deux problèmes : le clustering conceptuel et le problème de tuilage (tiling). Les expérimentations menées ont montré l’apport de notre proposition par rapport aux approches à base de contraintes et aux heuristiques spécialisées. / Combinatorial optimization problems have become the target of many scientific researches for their importance in solving academic problems and real problems encountered in the field of engineering and industry. Solving these problems by exact methods is often intractable because of the exorbitant time processing that these methods would require to reach the optimal solution(s). In this thesis, we were interested in the algorithmic context of solving combinatorial problems, and the modeling context of these problems. At the algorithmic level, we have explored the hybrid methods which excel in their ability to cooperate exact methods and approximate methods in order to produce rapidly solutions of best quality. At the modeling level, we worked on the specification and the exact resolution of complex problems in pattern set mining, in particular, by studying scaling issues in large databases. On the one hand, we proposed a first parallelization of the DGVNS algorithm, called CPDGVNS, which explores in parallel the different clusters of the tree decomposition by sharing the best overall solution on a master-worker model. Two other strategies, called RADGVNS and RSDGVNS, have been proposed which improve the frequency of exchanging intermediate solutions between the different processes. Experiments carried out on difficult combinatorial problems show the effectiveness of our parallel methods. On the other hand, we proposed a hybrid approach combining techniques of both Integer Linear Programming (ILP) and pattern mining. Our approach is comprehensive and takes advantage of the general ILP framework (by providing a high level of flexibility and expressiveness) and specialized heuristics for data mining (to improve computing time). In addition to the general framework for the pattern set mining, two problems were studied: conceptual clustering and the tiling problem. The experiments carried out showed the contribution of our proposition in relation to constraint-based approaches and specialized heuristics.

Solid waste management is a global issue that affects everyone. The management of waste collection routes is a critical challenge in urban environments, primarily due to inefficient routing. This thesis investigates the use of real-time virtual replicas, namely Digital Twins to optimize waste collection routes. By leveraging the capabilities of digital twins, this study intends to improve the effectiveness and efficiency of waste collection operations. The ‘gap’ that the study aims to uncover is hence at the intersection of smart cities, Digital Twins, and waste collection routing. The research methodology comprises of three key components. First, an exploration of five widely used metaheuristic algorithms provides a qualitative understanding of their applicability in vehicle routing, and consecutively waste collection route optimization. Building on this foundation, a simple smart routing scenario for waste collection is presented, highlighting the limitations of a purely Internet of Things (IoT)-based approach. Next, the findings from this demonstration motivate the need for a more data-driven and intelligent solution, leading to the introduction of the Digital Twin concept. Subsequently, a twin framework is developed, which encompasses the technical anatomy and methodology required to create and utilize Digital Twins to optimize waste collection, considering factors such as real-time data integration, predictive analytics, and optimization algorithms. The outcome of this research contributes to the growing concept of smart cities and paves the way toward practical implementations in revolutionizing waste management and creating a sustainable future. / Sophantering är ett globalt problem som påverkar alla, och hantering av sophämtningsrutter är en kritisk utmaning i stadsmiljöer. Den här avhandlingen undersöker användningen av virtuella kopior i realtid, nämligen digitala tvillingar, för att optimera sophämtningsrutter. Genom att utnyttja digitala tvillingars förmågor, avser den här studien att förbättra effektiviteten av sophämtning. Forskningsmetoden består av tre nyckeldelar. Först, en undersökning av fem välanvända Metaheuristika algoritmer som ger en kvalitativ förståelse av deras applicerbarhet i fordonsdirigering och således i optimeringen av sophämtningsrutter. Baserat på detta presenteras ett enkelt smart ruttscenario för sophämtning som understryker bristerna av att bara använda Internet of Things (IoT). Sedan motiverar resultaten av demonstrationen nödvändigheten för en mer datadriven och intelligent lösning, vilket leder till introduktionen av konceptet med digitala tvillingar. Därefter utvecklas ett ramverk för digitala tvillingar som omfattar den tekniska anatomin och metod som krävs för att skapa och använda digitala tvillingar för att optimera sophämtningsrutter. Dessa tar i beaktning faktorer såsom realtidsdataintegrering, prediktiv analys och optimeringsalgoritmer. Slutsatserna av studien bidrar till det växande konceptet av smarta städer och banar väg för praktisk implementation i revolutionerande sophantering och för skapandet för en hållbar framtid.

The multiple constant multiplication (MCM) operation is a fundamental operation in digital signal processing (DSP) and digital image processing (DIP). Examples of the MCM are in finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR) filters, matrix multiplication, and transforms. The aim of this work is minimizing the complexity of the MCM operation using common subexpression elimination (CSE) technique and redundant number representations. The CSE technique searches and eliminates common digit patterns (subexpressions) among MCM coefficients. More common subexpressions can be found by representing the MCM coefficients using redundant number representations. A CSE algorithm is proposed that works on a type of redundant numbers called the zero-dominant set (ZDS). The ZDS is an extension over the representations of minimum number of non-zero digits called minimum Hamming weight (MHW). Using the ZDS improves CSE algorithms' performance as compared with using the MHW representations. The disadvantage of using the ZDS is it increases the possibility of overlapping patterns (digit collisions). In this case, one or more digits are shared between a number of patterns. Eliminating a pattern results in losing other patterns because of eliminating the common digits. A pattern preservation algorithm (PPA) is developed to resolve the overlapping patterns in the representations. A tree and graph encoders are proposed to generate a larger space of number representations. The algorithms generate redundant representations of a value for a given digit set, radix, and wordlength. The tree encoder is modified to search for common subexpressions simultaneously with generating of the representation tree. A complexity measure is proposed to compare between the subexpressions at each node. The algorithm terminates generating the rest of the representation tree when it finds subexpressions with maximum sharing. This reduces the search space while minimizes the hardware complexity. A combinatoric model of the MCM problem is proposed in this work. The model is obtained by enumerating all the possible solutions of the MCM that resemble a graph called the demand graph. Arc routing on this graph gives the solutions of the MCM problem. A similar arc routing is found in the capacitated arc routing such as the winter salting problem. Ant colony optimization (ACO) meta-heuristics is proposed to traverse the demand graph. The ACO is simulated on a PC using Python programming language. This is to verify the model correctness and the work of the ACO. A parallel simulation of the ACO is carried out on a multi-core super computer using C++ boost graph library.