El desarrollo de la tecnología fotovoltaica de silicio cristalino ha llegado al punto en que la mejora de los dispositivos pasa, no tanto por un aumento de la eficiencia, como por la reducción del coste de fabricación. En este tipo de dispositivos el coste más importante se debe al propio sustrato de silicio cristalino. De manera que una reducción en el grosor de la oblea se reflejaría directamente en costes de producción más bajos, al disminuir la cantidad de material utilizado como sustrato. No obstante, al reducir el grosor de las obleas aparecen simultáneamente varios problemas que dificultan la fabricación de buenas células solares. La tecnología de alta temperatura utilizada para la difusión de las uniones p-n en las células solares de silicio tradicionales presenta serios inconvenientes. Los ciclos de alta temperatura pueden causar curvaturas, típicamente al realizar el contacto posterior de aluminio, que pueden acabar en roturas de los dispositivos. Otro problema muy importante son las pérdidas de eficiencia asociadas a la recombinación superficial, puesto que conforme se reduce el grosor de los sustratos esta recombinación se hace mucho más relevante. Por estos motivos la tecnología de células solares de heterounión aparece como una alternativa muy interesante para el futuro de la industria fotovoltaica basada en obleas de silicio cristalino. Las células solares fotovoltaicas de heterounión de silicio se basan en una estructura de uniones p-n formadas por un sustrato de silicio cristalino y capas de silicio amorfo hidrogenado dopado. Entre la capa dopada y la oblea de silicio se deposita habitualmente una capa muy delgada de silicio amorfo intrínseco, que tiene la función de mejorar la interfaz para reducir la recombinación superficial. Esta estructura fue propuesta originalmente por Sanyo con el nombre de HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer). El proceso de depósito de las capas de silicio amorfo se realiza a baja temperatura, reduciéndose el estrés térmico que sufren los sustratos y permitiendo el uso de obleas más delgadas sin riesgo de curvatura o rotura. En este trabajo se ha optimizado la estructura de las células de heterounión utilizando tecnología de baja temperatura e incorporando un nuevo proceso de fabricación asistido por láser para la creación de los contactos posteriores puntuales de aluminio (LFC). Durante el desarrollo de esta tesis se han estudiado las propiedades de las distintas capas que forman tanto el emisor como la cara posterior de los dispositivos. Se ha analizado con detalle el efecto de la temperatura, tanto en el depósito como en tratamientos posteriores, estudiando las propiedades pasivantes y estructurales de las capas de a-Si, y del óxido conductor transparente (TCO) utilizado como electrodo frontal. En referencia a la estructura del contacto trasero primero se optimizó la estructura bicapa pasivante y reflector posterior. Se desarrollaron dos estructuras alternativas, una de a-SiCx:H con dos concentraciones de carbono diferentes y otra que combina alúmina y a-SiCx:H. Se realizaron medidas de tiempo de vida efectivo de portadores minoritarios en precursores con las distintas estructuras, obteniendo buenas pasivaciones en ambos casos (~1ms). Y para la optimización de los contactos puntuales desarrollados mediante láser se han estudiado distintas alternativas para cada una de estas estructuras, variando la fuente dopante de aluminio, la energía del láser y la longitud de onda del mismo. En todas estas propuestas se han optimizado los procesos láser para obtener un buen contacto lo menos resistivo posible. A lo largo de todo el trabajo se evidencia la importancia de la pasivación superficial para la obtención de buenas células solares de heterounión de silicio con contactado trasero láser. Las distintas propuestas para mejorar estos procesos han servido para obtener dispositivos con eficiencias de conversión fotovoltaica superiores al 18% y tensión en circuito abierto de 680mV. / Nowadays, in the development of the crystalline silicon photovoltaic technology the enhancement of the devices depends more on reducing the manufacturing costs than on increasing the efficiency of the devices. In these technology the cost of the silicon wafers can amount to almost the half of the finished photovoltaic modules. To this extent, a reduction on the wafer thickness would directly reduce the final manufacturing costs. However, when reducing the wafer thickness, various problems appear simultaneously, challenging the manufacturing of good devices. The high temperature technology used for the diffusion of pn junctions in traditional silicon solar cells has serious drawbacks. High-temperature cycles, typically employed to make the aluminum back contact, can cause curvature on the wafers which can lead to breakage of the devices. Another important problem is the efficiency losses associated with surface recombination, because as the thickness of the substrate is reduced this recombination becomes much more relevant. For these reasons, the technology of heterojunction solar cells appears as an exciting alternative for the future of the photovoltaic industry based on crystalline silicon wafers. The heterojunction photovoltaic solar cells are basically a silicon pn junction formed by a crystalline silicon substrate and layers of doped hydrogenated amorphous silicon. Typically, a very thin layer of intrinsic amorphous silicon is deposited between the doped layer and the silicon wafer, in order to improve the interface reducing the surface recombination. This structure was originally proposed by Sanyo, named as HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer). The amorphous silicon layers are deposited at low temperature, reducing the thermal stress experienced by the substrate and allowing the use of thinner wafers without risk of bending or breaking. In this thesis, the structure of silicon heterojunction solar cells has been optimized using low temperature technology and incorporating a new laser process in order to locally create rear contacts firing a laser through aluminum layers (LFC). Additionally, the properties of the different layers of the emitter and the rear contact are also studied in this thesis. The passivating and structural properties of the a-Si and the transparent conductive oxide (TCO), used as front electrode, were analyzed varying the temperature both during the deposition and the subsequent treatments. Regarding the back contact, two alternatives were taken into account, an a-SiCx:H structure with two different carbon concentrations and another combining alumina and a-SiCx:H. Minority carrier effective lifetime measurements were obtained for each structure, obtaining good passivation values in both cases (~1ms). For each structure, different conditions of the laser treatment were optimized in order to locally contact the cells in the rear surface. Different alternatives of this process were studied, varying the doping source together with variations of the laser energy and laser wavelength. In all these approaches, the laser processes were optimized in order to be the least resistive. Throughout the entire thesis, the relevance of the surface passivation to obtain excellent silicon heterojunction solar cells with rear laser-fired contacts is evidenced. The different proposals to enhance the processes have clearly improved the photovoltaic conversion efficiency values above 18% and open circuit voltages of 680 mV.

Warren M. Lam and Gregory W. Wornell. / "October 1998"--Cover. / Includes bibliographical references (p. 33-34). / Supported by DARPA monitored by ONR. N00014-93-1-0686, N00014-96-1-0930 Supported by AFOSR. F49620-1-0072

Over the past 30 years, high speed railway in Europe has experienced a great development due to, among other things, the reduction of travel times, the increase of frequency and the continuous improvement of service quality. However, the construction of a new high speed railway infrastructure requires an enormous mobilization of resources, has a long lifetime but the alternative uses of this huge investment are very few. Consequently, this kind of investment is always preceded by a rigorous analysis in order to ensure the best possible result. In an analysis of these characteristics, there are different variables that have an influence on costs and benefits that a high speed line could generate and, therefore, it can be asserted that there are certain railway parameters with direct impact on the profitability of a high speed line. Among them, maximum design speed of a high speed line can be highlighted; speed plays a crucial role in a framework in which the efficiency and the social benefit are essential. The design speed has an impact on the profitability and, especially, on the economic and financial Net Present Value (NPV) of a high speed line; for example, a higher design speed implies higher investment costs (this impact is different depending on the type of terrain) and, sometimes, implies greater maintenance costs, but also brings journey time reductions and, consequently, an increase in the number of passengers that implies an increase in revenues and time savings. Besides, design speed has a direct impact on the exploitation costs of the railway undertakings. In short, the effects of the speed on the profitability are countless and complex. However, this parameter is usually a default parameter; usually it has been previously established (pre-determined) to an economic appraisal. Actually, if we analyse real experiences, real high speed lines currently in service or under construction, maximum design speed is essentially the same all over the European high speed networks (350 km/h), although it hasn¿t been found out a solid reason behind this pre-determined speed. This problem becomes more complex when the line is considered as a set of shorter sections. If each one of these sections is assigned a maximum design speed, it will arise many maximum speeds combinations per line, therefore, there is no longer a single speed, but now there is a combination of maximum speeds. Each combination of maximum speeds entails different investment cost, thereby, there will be multiple investment costs per line and, therefore, different economic and financial profitability in a single project as it is a railway infrastructure. At this point, this study develops a methodology capable of obtaining the maximum design speeds combination that allows to obtain the maximum incomes with the minimal cost, which implies to achieve the maximum profitability of a high speed line. In short, it will be developed and defined a methodology which determines the combination of maximum speeds that obtains the best results in terms of social-economic benefit (greater social-economic NPV) taking into account certain limitations (financial profitability and investment cost restrictions). The methodology proposed is applied in a theoretical scenario which corresponds to the Madrid-Valencia high speed line with a single route. The objective is to determine the economic and financial profitability of the scenario proposed, considering a new railway layout and different to the one nowadays exists. This economic and financial analysis is assessed for four different ticket prices, allowing not only to determine the combination of maximum speeds that obtains the maximum profitability of the line, but also allows to know the effect of the ticket price paid by the travellers on the economic and financial profitability. / En los últimos 20 años, el sistema ferroviario de alta velocidad en Europa ha sufrido un gran desarrollo, debido entre otras cosas, a la reducción de tiempos de viaje, al incremento en las frecuencias y a la mejora en la calidad del servicio. Sin embargo, la construcción de una nueva infraestructura ferroviaria requiere una ingente movilización de recursos, tiene una vida útil muy larga y son pocos los posibles usos alternativos de la inversión realizada. No debe extrañar por ello que cualquier inversión de este tipo esté siempre precedida de un análisis minucioso con el fin de asegurar el mejor resultado posible. Dentro de un análisis de estas características, existen diferentes parámetros que influyen en los costes y los beneficios atribuibles a una línea de alta velocidad y, por lo tanto, puede decirse que existen determinados parámetros que influyen en su rentabilidad. Entre todos ellos, se destaca la velocidad máxima de diseño; la velocidad (en todas sus posibles acepciones) juega un papel muy importante en un escenario de eficiencia, es una pieza básica en la rentabilidad socio-económica de una infraestructura ferroviaria. La velocidad de diseño influyen en la rentabilidad y en concreto en el VAN socio-económico y financiero de una línea de múltiples formas: por ejemplo, una velocidad de diseño mayor supone costes mayores de inversión (con incidencia diferente según el tipo de terreno) y, en ocasiones, mayores costes de mantenimiento, pero también reduce el tiempo de viaje y, como consecuencia, generalmente implica un incremento en el número de viajeros dispuestos a viajar (mayor atractivo), lo que supone mayores ingresos y ahorros de tiempo. Además tienen un efecto directo sobre los costes de explotación del operador de transporte. En suma, los efectos de la velocidad sobre la rentabilidad son muy numerosos y complejos. Sin embargo, este parámetro, generalmente se predetermina, es decir, suele estar definido con anterioridad a la evaluación socio-económica de la línea. La velocidad máxima de diseño es prácticamente la misma a lo largo de toda la red de alta velocidad europea (350 km/h), lo que no ofrece, sin embargo, la información de si otras decisiones previas (otras velocidades máximas de diseño) conducirían a un mejor resultado. Este problema toma mayor grado de complejidad cuando se considera la línea (trazado) como un conjunto de tramos más pequeños. Si a cada uno de estos tramos se le asigna una velocidad máxima de diseño, aparecerán múltiples combinaciones de velocidades máximas por línea, por lo tanto, ya no se dispone de una única velocidad sino que se dispone de una combinación de velocidades. Cada combinación de velocidades máximas supondrá un coste de inversión diferente, por lo que existirán múltiples costes por cada trazado y, como consecuencia, diferentes rentabilidades. Ante esta situación compleja, se plantea una metodología capaz de determinar la combinación de velocidades máximas que permite obtener los máximos retornos con los mínimos costes. En definitiva, se desarrollará y definirá una metodología capaz de determinar la combinación de velocidades máximas que obtenga mejores resultados en términos socio-económicos (mayor VAN socio-económico) sujetos a las restricciones que se determinen (limitación de la rentabilidad financiera y de los coste de inversión). La metodología propuesta se aplica en un escenario teórico que corresponde a la línea Madrid-Valencia con una única ruta. El objetivo consiste en estimar la rentabilidad económica y financiera del conjunto para la ruta Madrid-Valencia, considerando un trazado nuevo y diferente al que hoy en día existe. Este análisis económico y financiero se realiza para cuatro precios de billete diferentes, lo que permite no solo determinar el cuadro de velocidades máximas que obtiene la máxima rentabilidad de la línea sino que también permite conocer el efecto del precio del billete pagado por los viajeros en la rentabilidad del proyecto.

Sense camins no hi ha accés al territori o només amb grans limitacions. De fet, els camins configuren una vasta xarxa territorial, que encara avui dia satisfà importants funcions socials i econòmiques: comunicació veïnal, agricultura i ramaderia, explotació forestal, protecció civil, gestió del medi natural, lleure i turisme... Això no obstant, el caràcter urbanitzat i industrial de la nostra societat ha convertit els camins en una infraestructura marginalitzada, com el territori al qual serveix: l'espai rural.Tot i sumar una extensió molt superior a la xarxa de carreteres, i malgrat conservar funcions d'interès per al conjunt de la societat i assumir-ne de noves, els camins no han merescut fins ara una atenció acadèmica o científica suficient. Una gestió integrada dels camins exigeix un coneixement aprofundit de les múltiples facetes que presenta l'objecte: tècnica o morfològica, jurídica i legal, funcional, i patrimonial. La gestió dels camins és al nostre país una assignatura pendent de l'ordenació del territori.Aquesta tesi doctoral aborda la definició i la comprensió de l'objecte d'estudi en totes llurs dimensions, amb l'objectiu de definir un nou model de gestió dels camins en zones rurals. L'àmbit d'estudi específic són les comarques de muntanya del Pirineu català, si bé la recerca fa referència al conjunt de l'espai rural.La recerca efectuada analitza la relació existent entre impactes ambientals i impactes sobre les activitats rurals, d'una banda, i morfologia, funcionalitat i ús del viari rural, de l'altra, i proposa un model de regulació dels camins (de l'ús i de les característiques tècniques) fonamentat en una classificació funcional de la xarxa i en la fragilitat ecològica del territori servit, al marge de les característiques tècniques o morfològiques dels vials. En aquest context ha tingut una gran significació l'estudi del tractament diferenciat que han de rebre les formes d'accés motoritzat (professional, de lleure...) i no motoritzat (a peu, bicicleta, cavall...) al medi natural. El model proposat dissenteix essencialment dels principis introduïts per la Llei 9/1995, de regulació de l'accés motoritzat al medi natural, que restringeix l'ús dels camins únicament en base a criteris morfològics.Amb l'objectiu de validar el model proposat s'ha efectuat un estudi comparatiu dels models de gestió dels camins i l'accés al medi natural existents als parcs de muntanya del Pirineu català: Parc Nacional d'Aigüestortes i Estany de Sant Maurici, Parc Natural del Cadí-Moixeró i Parc Natural de la Zona Volcànica de la Garrotxa. De la mateixa manera s'ha fet una recerca comparada de diferents models internacionals: Anglaterra i Gal·les, Alemanya, França i Suïssa. / Without the existence of rights of way, access to the countryside would be impossible or, at least, only viable under very rough conditions. Certainly, rights of way constitute a vast network in rural areas that, even today, fulfil many important social and economic functions: communication within local communities, for farming, forestry, civil defense, natural heritage management, leisure and tourism... However, the urban and industrial nature of modern society has relegated rights of way to a marginal position, just as it has done with the space they serve: the countryside.Rights of way make up a much greater share of the communications network than roads. Nevertheless, although they maintain functions of interest to society as a whole, and continue to assume new ones, they have not yet received sufficient academic or scientific attention. A comprehensive management of rights of way requires a deep knowledge of their many-sided nature: technical or morphological, juridical and legal, functional, and historical. Rights of way management is currently absent in land planning in our country.This dissertation undertakes the definition of the object and the comprehension of all of its dimensions with the purpose of defining a new model of rights of way management in the countryside. The area of study includes the mountain counties of the Catalan Pyrenees, though the research refers to the rural space as a whole.The research analyses the relationship that exists between the impacts on the environment and rural activities, on the one hand, and the morphology, function, and use rights of way, on the other. This leads on to the proposal of a model for the regulation of the use and technical features of rights of way, based on a functional classification of the network and the ecological vulnerability of the surrounding territory, regardless of the morphological or technical attributes of the rural roads or paths in question. In this context, the study of the separate treatment that should be given to access to the countryside in motorised vehicles (for work or leisure) and by other means (on foot, bicycle or horseback) has achieved great significance. Our model differs profoundly from the principles introduced by the Catalan 9/1995 Motorised Access to the Countryside Act, which introduces restrictions on the use of rights of way solely on the basis of morphological criteria.The model proposed has been ratified, by undertaking a comparative study of rights of way management and access to the countryside schemes existing in the Catalan mountain parks: Aigüestortes i Estany de Sant Maurici National Park, Cadí-Moixeró Natural Park and Zona Volcànica de la Garrotxa Natural Park. Further research has similarly been undertaken on international access models: England and Wales, Germany, France and Switzerland.

The urban network is a highly dynamic system. Thus, a modern and efficient fleet management in urban areas should account for dynamics of traffic conditions, variability in travel times, changes in demand and fleet availability. All these factors significantly affect the distribution of goods and the provision of services. As a consequence, the freight operations optimizing approaches should be based on the time-dependent travel time estimates rather than on the average static values commonly employed as input data. Proficient dynamic fleet management decisions need to take into consideration all the factors conditioning the addressed problem. Hence, the customers’ requests and service conditions (demands, time windows, etc.), operational conditions of the employed fleet (vehicles’ availability, status, positions, current occupancy of the carriage space, etc.) and traffic conditions need to be reckoned with. This information can be provided in the real-time fashion and at an affordable price by the ICT applications and tools such as: ATIS, GPS, GPRS or other. Instead of relying exclusively on the experience of a dispatcher, it is effective to base the freight management decisions on information provided by a professional Decision Support System facilitating the consideration of all the factors conditioning the addressed issue. The objective of the present thesis is to propose, implement and computationally test, on the basis of a simulation, the architecture of a Decision Support System for real-time freight management able of accounting for all the dynamic factors mentioned above. Its design is based on integration of a selected pickup and delivery vehicle routing model and dynamic traffic simulation models, whose purpose is to carefully emulate the evolving traffic conditions. The optimal dynamic routing and scheduling of a vehicle fleet is obtained due to dynamic modifications of the current routing and scheduling plan on the basis of the recently revealed information conditioning the addressed problem. The obtained results of computational experiments show that the performance of freight fleet strongly depends on the traffic information used to create the routing and scheduling plan. Due to the special character of transport operations performed in metropolitan areas it is possible that not all the scheduled customers would be served, although a feasible initial solution is created on the basis of the historical travel times’ data. Hence, there is a need to implement real-time rerouting strategies allowing modifications of the original routes in order to feasibly fulfil the routing tasks. In addition, the tighter the constraints specifying the customers’ time windows and the higher the number of dynamically appearing requests, the higher the cost of the performance and the level of utilization of the freight fleet. / La red urbana es un sistema altamente dinámico. Por lo tanto, la gestión moderna y eficiente de la flota en las zonas urbanas debe tener en cuenta la dinámica de las condiciones del tráfico, la variabilidad en los tiempos de viaje y los cambios en la disponibilidad de la demanda y de la flota, ya que afectan de manera significativa en la distribución de bienes y la prestación de servicios. Como consecuencia, los enfoques para optimizar las operaciones de carga deben basarse en las estimaciones de los tiempos de viaje dependientes del tiempo y no en los valores medios estáticos comúnmente empleados como datos de entrada. Las decisiones competentes de gestión dinámica de las flotas necesitan tener en cuenta todos los factores que condicionan el problema abordado. Por lo tanto, hay que considerar las características de las peticiones y las condiciones de servicio de los clientes (demanda, ventanas de tiempo, etc.), las condiciones operacionales de la flota empleada (disponibilidad de los vehículos, estatus, ubicación, ocupación actual del espacio de transporte, etc.) y las condiciones de tráfico. Esta información puede ser proporcionada en tiempo real a un precio asequible por las aplicaciones de las TIC y herramientas tales como: ATIS, GPS, GPRS u otros. En lugar de confiar exclusivamente en la experiencia de un distribuidor, también sería correcto basar las decisiones de gestión de transporte de mercancías en la información proporcionada por un sistema profesional de apoyo a la toma de decisiones que facilita la consideración de todos los factores que condicionan el problema abordado. El objetivo de esta tesis es proponer, implementar y validar computacionalmente en base a la simulación, la arquitectura de un Sistema de Apoyo a la Toma de Decisiones para la gestión de transporte de mercancías en tiempo real capaz de considerar todos los factores dinámicos previamente mencionados. Su diseño se basa en la integración de un modelo seleccionado de rutas de vehículos con recogida y entrega y modelos de simulación de tráfico dinámicos cuyo propósito es emular detalladamente las condiciones de tráfico que cambian con el paso del tiempo. Las rutas y los horarios dinámicos óptimos para una flota de vehículos que transporta mercancías se obtienen de las modificaciones dinámicas de un plan actual de rutas y horarios en base a la nueva información recibida que condiciona el problema abordado. Los resultados obtenidos de los experimentos computacionales demuestran que el rendimiento de la flota de transporte de mercancías depende en gran medida de la información de tráfico utilizada para crear el plan de rutas y los horarios. Debido al carácter especial de las operaciones de transporte realizadas en las áreas metropolitanas, a pesar de una solución inicial factible que se crea sobre la base de los datos históricos de los tiempos de viaje, es posible que no todos los clientes sean servidos. Por lo tanto, hay una necesidad de implementar estrategias de cambios de rutas en tiempo real, que permiten modificar las rutas originales con el fin de cumplir las tareas de enrutamiento viables. Además, más estrictas son las limitaciones que especifican las ventanas del tiempo de los clientes y más alto es el número de solicitudes de servicio que aparecen de forma dinámica, mayor será el coste final de las prestaciones del servicio y el nivel de utilización de la flota de transporte de mercancías.

In terms of sustainability, traffic is currently a significant challenge for urban areas, where the pollution, congestion and accidents are negative externalities which have strongly impacted the health and economy of cities. The increasing use of private vehicles has further exacerbated these problems. In this context, the development of new strategies and policies for sustainable urban transport has made transport planning more relevant than ever before. Mathematical models have helped greatly in identifying solutions, as well as in enriching the process of making decisions and planning. In particular, dynamic network models provide a means for representing dynamic traffic behavior; in other words, they provide a temporally coherent means for measuring the interactions between travel decisions, traffic flows, travel time and travel cost. This thesis focuses on dynamic traffic assignment (DTA) models. DTA has been studied extensively for decades, but much more so in the last twenty years since the emergence of Intelligent Transport Systems (ITS). The objective of this research is to study and analyze the prospects for improving this problem. In an operational context, the objective of DTA models is to represent the evolution of traffic on a road network as conditions change. They seek to describe the assignment of the demand on different paths which connect every OD pair in a state of equilibrium. The behaviour following each individual decision during a trip is a time-dependent generalization of Wardrop's First Principle, the Dynamic User Equilibrium (DUE). This hypothesis is based on the following idea: When current travel times are equal and minimal for vehicles that depart within the same time interval , the dynamic traffic flow through the network is in a DUE state based on travel times for each OD pair at each instant of time ([ran-1996]). This work begins with the time-continuous variational inequalities model proposed by [friesz-1993] for solving the DUE problem. Different solutions can be used on the proposed DUE formulation. On the one hand, there are the so-called analytical approaches which use known mathematical optimization techniques for solving the problem directly. On the other hand, there are simulation-based formulations that approximate heuristic solutions at a reasonable computational cost. While analytical models concentrate mainly on deriving theoretical insights, simulation-based models focus on trying to build practical models for deployment in real networks. Thus, because the simulation-based formulation holds the most promise, we work on that approach in this thesis. In the field of simulation-based DTA models, significant progress has been made by many researchers in recent decades. Our simulation-based formulation separates the proposed iterative process into two main components: - A method for determining the new time dependent path flows by using the travel times on these paths experienced in the previous iteration. - A dynamic network loading (DNL) method, which determines how these paths flow propagate along the corresponding paths. However, it is important to note that not all computer implementations based on this algorithmic framework provide solutions that obtain DUE. Therefore, while we analyze both proposals in this thesis we focus on the preventive methods of flow reassignment because only those can guarantee DUE solutions. Our proposed simulation-based DTA method requires a DNL component that can reproduce different vehicle classes, traffic light controls and lane changes. Therefore, this thesis develops a new multilane multiclass mesoscopic simulation model with these characteristics, which is embedded into the proposed DUE framework. Finally, the developed mesoscopic simulation-based DTA approach is validated accordingly. The results obtained from the computational experiments demonstrate that the developed methods perform well. / En los últimos tiempos, el problema del tráfi co urbano ha situado a las áreas metropolitanas en una difícil situación en cuanto a sostenibilidad se refi ere (en términos de la congestión, los accidentes y la contaminación). Este problema se ha visto acentuado por la creciente movilidad promovida por el aumento del uso del vehículo privado. Además, debido a que la mayor parte del trá fico es canalizada a través de los modos de carretera, el tiempo perdido por los usuarios al realizar sus viajes tiene un importante efecto económico sobre las ciudades. En este contexto, la plani cación de transporte se vuelve relevante a través del desarrollo de nuevas estrategias y políticas para conseguir un transporte urbano sostenible. Los modelos matemáticos son de gran ayuda ya que enriquecen las decisiones de los gestores de trá fico en el proceso de plani ficación. En particular podemos considerar los modelos de trá fico para la predicción, como por ejemplo los modelos de asignación dinámica de tráfi co (ADT), los cuales proveen de una representación temporal coherente de las interacciones entre elecciones de trá fico, fl ujos de trá fico y medidas de tiempo y coste. Esta tesis se centra en los modelos ADT. Durante las últimas décadas, los modelos ADT han sido intensamente estudiados. Este proceso se ha acelerado particularmente en los últimos veinte años debido a la aparición de los Sistemas Inteligentes de Transporte. El objetivo de esta investigación es estudiar y analizar diferentes posibilidades de mejorar la resolución del problema. En un contexto operacional, el objetivo de los modelos ADT es representar la evolución de la red urbana cuando las condiciones de trá fico cambian. Estos modelos tratan de describir la asignación de la demanda en los diferentes caminos que conectan los pares OD siguiendo un estado de equilibrio. En este caso se ha considerado que el comportamiento de los conductores en cada una de sus decisiones individuales tomadas durante el viaje es una generalización dependiente del tiempo del Primer Principio de Wardrop, denominada Equilibrio Dinámico de Usuario (EDU). Esta hipótesis se basa en la siguiente idea: para cada par OD para cada instante de tiempo, si los tiempos de viaje de todos los usuarios que han partido en ese intervalo de tiempo son iguales y mínimos, entonces el ujo dinámico de trá fico en la red se encuentra en un estado de EDU basado en los tiempos de viaje (Ran and Boyce (1996)). El presente trabajo toma como punto de partida el modelo de inecuaciones variacionales continuo en el tiempo propuesto por Friesz et al. (1993) para resolver el problema de equilibrio dinámico de usuario. Por un lado, se encuentran los denominados enfoques analíticos que utilizan técnicas matemáticas de optimización para resolver el problema directamente. Por otro lado, están los modelos cuyas formulaciones están basadas en simulación que aproximan soluciones heurísticas con un coste computacional razonable. Mientras que modelos analíticos se concentran principalmente en demostrar las propiedades teóricas, los modelos basados en simulación se centran en intentar construir modelos que sean prácticos para su utilización en redes reales. Así pues, debido a que las formulaciones basadas en simulación son las que se muestran más prometedoras a la práctica, en esta tesis se ha elegido este enfoque para tratar el problema ADT. En los últimos tiempos, el campo de los modelos ADT basados en simulación ha sido de especial interés. Nuestra formulación basada en simulación consiste en un proceso iterativo que consta de dos componentes principales, sistematizadas por Florian et al. (2001) como sigue: Un método para determinar los nuevos ujos (dependientes del tiempo) en los caminos utilizando los tiempos de viaje experimentados en esos caminos en la iteración previa. Un procedimiento de carga dinámica de la red (CDR) que determine cómo esos fl ujos se propagan a través de sus correspondientes caminos. Los algoritmos de reasignación de flujo pueden ser agrupados en dos categorías: preventivos y reactivos. Es importante notar aquí que no todas las implementaciones computacionales basadas en el marco algorítmico propuesto proporcionan una solución EDU. Por lo tanto, aunque en esta tesis analizamos ambas propuestas, nos centraremos en los métodos preventivos de reasignación de flujo porque son los que nos garantizan alcanzar la hipótesis considerada (EDU). Además, nuestro modelo ADT basado en simulación requiere de una componente de CDR que pueda reproducir diferentes clases de vehículos, controles semafóricos y cambios de carril. Así, uno de los objetivos de esta tesis es desarrollar un nuevo modelo de simulación de trá fico con dichas características (multiclase y multicarril), teniendo en cuenta que será una de las componentes principales del marco ADT propuesto.

Traffic congestion is a major source of inefficiencies in metropolitan freeways (e.g. productivity loss, energy waste, pollutant emissions, among other externalities). Active traffic management (ATM) strategies are used in order to face the problem and alleviate its effects by managing recurrent and non-recurrent congestion with a combination of real-time and predictive operational strategies. Dynamic speed limit management (DSL) is an ATM tool believed to bring some benefits to freeway traffic, like the increase in capacity and/or the vehicle' speed homogenization. Currently it is being implemented in many metropolitan freeways worldwide. This thesis is devoted to assess such conceptual benefits with empirical data and robust traffic flow models. Empirical data are obtained from the C-32 freeway in Barcelona, the first DSL implementation in Spain. The detailed analysis of these data allows characterizing the effects of DSL management on traffic behavior. It is found that, under the right conditions, DSL can increase capacity due to a reduction in the speed dispersion across lanes. This finding allows defining new ATM policies. A coordinated strategy for traffic management considering both ramp metering and DSL is proposed in order to reduce the capacity drop phenomenon in the vicinity of a freeway on-ramp. The effectiveness of this control method is tested using simulation with an extension of the traditional cell transmission model, which incorporates the ability to reproduce DSL, together with the capacity drop. Results show amelioration in the performance indicators of the system, highlighting the equity-friendly component of this coordinated strategy. Finally, results from a cost-benefit assessment of DSL considering the main externalities suggest that the social profitability of DSL management in metropolitan freeways is limited when applied alone. The potential synergies of applying a ¿pack¿ of different ATM strategies in a coordinated way, define challenging issues for further research.

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This thesis studies measuring systems for active steering of railway vehicles. The aim of the study is to develop state estimation techniques to provide high integrity feedback variables for the active steering of railway vehicles. Practicality and provision of high-integrity data are two important aspects of the work. To avoid the use of expensive sensors and complex instrumentation, practical techniques for estimating vehicle variables are developed where only economical measurements are used and they can be easily implemented. The conventional solid-axle wheelset and wheelset with independently-rotating wheels are studied and their mathematical models are developed. The fundamental stability problem of these two models is analysed from a control engineering viewpoint for studies of actively-controlled wheelsets. The Kalman filters are then developed for these models to estimate all state variables, particularly variables of the wheelset relative to the track such as lateral displacement and yaw angle which are needed for active control. A number of sensing options are also identified, analysed for performance and assessed in a comparative sense. Fault detection and isolation schemes are then studied for the estimation techniques developed. Finally, some applications are considered. The techniques and analysis methods developed for the single wheel pair are extended and applied to a MKII coach and a two-axle railway vehicle. The estimation of cant deficiency for tilting trains is explored, and also the possibility of state estimation for a real profiled wheel.

Taxis are a necessary mean of transport in cities for meeting the mobility needs of its citizens. The impact of the taxi market in the daily life is quite important, concerning both financial (e.g. taxi drivers' salaries) and societal issues (e.g congestion, travel demand satisfaction). Therefore, it is crucial to develop models and tools in an effort to help decision makers control the taxi market and meet the customers' requirements for an adequate level of service. In this direction, various methodologies have been developed aiming at quantifying the impacts and evaluating the performance of the taxi sector, initially from an aggregated and economic equilibrium perspective and recently from an operational and more realistic one. The main objective of this thesis is to develop models that analyze the provision of taxi services, emphasizing on the optimal number of taxis that are in order to provide a reasonable waiting time for customers and assure a minimum profitability to the taxi drivers. For this purpose, two models are developed, an analytical economic one and an agent-based simulation one. The first model is able to analyze the taxi market in a macroscopic way, using average values for the taxi drivers' cost and performance in the area of study for obtaining the optimum number of taxis for achieving the minimum unitary system cost and the related waiting time to this optimum fleet. The second model is able to analyze the operational characteristics of the taxi sector in detail, simulating taxi trips in a road network and recording all the performance indicators related to the operational efficiency of the sector. Observed data from the city of Barcelona are used for calibrating the developed models and obtaining the results of their application to the city of Barcelona. The developed models perfectly complement each other. Their combination can prove to be a valuable tool for decision makers when analyzing the performance of the taxi sector or when meeting policy related decisions. At the same time, local operation issues can be analyzed in detail when designing taxi policy related issues since all actors are included within the models and can be taken into account when optimizing this performance. The models are used for analyzing the impact of pricing policies in the taxi market, evaluating the demand for taxi trips related to various fare levels and fleet sizes. Policy issues related to the taxi shifts are also taken into account through the development of an optimization problem for matching the optimum supply levels to the ones provided by a shift-based taxi policy, which is the most common around the world. Optimum ranges of demand are obtained for the hailing, the dispatching and the stand operation modes. Dispatching mode appears to be more efficient at low demand levels, while the hailing mode present lower unitary costs for high demand levels. Aggregated models tend to underestimate the costs of both the customers and the system between 15% and 30% if the demand distribution is uniform. For non-uniform demands, the aggregated models overestimate costs between 20% and 300%, depending on the GINI value of the demand distribution. / Els taxis són un mode de transport necessari per satisfer les necessitats de la població relacionades amb la mobilitat. L'impacte del mercat del taxi a la vida quotidiana és molt important, tant des del punt de vista econòmic (per exemple, els salaris dels taxistes) com social (per exemple, la congestió o la satisfacció de la demanda de desplaçaments). S’han desenvolupat diversos models amb l'objectiu de quantificar els impactes i avaluar el rendiment del sector del taxi, inicialment des d'un punt de vista agregat i econòmic i, recentment, des d'un punt de vista operacional i més realista. L'objectiu principal d'aquesta tesi és el de desenvolupar models d’estudi dels serveis oferts pel sector del taxi, fent èmfasi en el dimensionament de la flota òptima de taxis necessària per satisfer la demanda oferint un temps d’espera raonable per als clients i assegurant al mateix temps una mínima rendibilitat als taxistes. Per a aquest propòsit, s'han desenvolupat dos models, un econòmic analític i un de simulació basada en agents. El primer model és capaç d'analitzar el mercat dels taxis des d'un punt de vista macroscòpic mitjançant l’ús de valors mitjans representatius de tota la regió per obtenir el nombre òptim de taxis que satisfarà les necessitats de la població amb uns costos unitaris mínims, obtenint també el temps d'espera relacionat a aquesta flota òptima. El segon model és capaç de reproduir les característiques operacionals del sector del taxi en detall, simulant viatges en taxi a la xarxa viaria i enregistrant tots els indicadors de rendiment relacionats amb l’eficiència operacional del sector del taxi. S'utilitzen dades reals de la ciutat de Barcelona per al calibratge dels models proposats i per a l'obtenció dels resultats de l'aplicació d’ambdós models al sector del taxi de la ciutat de Barcelona. Els dos models desenvolupats es complementen perfectament, la seva combinació pot ser una eina valuosa per als responsables de la regulació del sector del taxi, ja que els permetrà analitzar els serveis del taxi i prendre les decisions correctes per millorar els servies oferts. Al mateix temps, els problemes operacionals poden ser analitzats en detall durant la fase de disseny de la política de taxis, ja que tots els actors estàn inclosos dins dels models i es tenen en compte alhora d'optimitzar el rendiment del sector del taxi. Els models s'utilitzen per analitzar l'impacte de les polítiques tarifaries en el mercat del taxi. També es te en compte la política de torns, per la qual s’ha plantejat un problema d'optimització que fa coincidir el nombre òptim de vehicles obtingut dels models amb el real proporcionat per la política de torns, que és la més comú a tot el món . Es presenten rangs òptims de demanda per als tres modes operatius. Els sistemes de taxi basats en centraletes telefòniques es mostren més eficients per baixes concentracions de demanda, mentre que els sistemes de taxi al carrer presenten menors costos unitaris per altes concentracions de demanda. Els models agregats tendeixen a subestimar els costos, tant dels clients com del sistema entre el 15% i el 30% si la distribució de la demanda és uniforme. Per demandes no uniformes, els models agregats sobreestimen els costos entre un 20% i 300%, depenent del valor de GINI de la distribució de la demanda. / Los taxis son un modo de transporte necesario para satisfacer las necesidades de la población relacionadas con la movilidad. El impacto del mercado de taxis en la vida cotidiana es muy importante, tanto desde el punto de vista económico (por ejemplo, los salarios de los taxistas) como social (por ejemplo, la congestión o la satisfacción de la demanda de viajes). Varios modelos han sido desarrollados con el objetivo de cuantificar los impactos y evaluar el rendimiento del sector del taxi, inicialmente desde un punto de vista agregado y económico y, recientemente, desde un punto de vista operacional y más realista. El objetivo principal de esta tesis es el de desarrollar modelos que se ocupen de los servicios del sector del taxi, dando énfasis en el número óptimo de taxis necesarios para satisfacer la demanda ofreciendo un tiempo de espera razonable a los clientes y asegurando una mínima rentabilidad a los taxistas. Para este propósito se han desarrollado dos modelos, uno económico analítico y uno basado en simulación de agentes. El primer modelo es capaz de analizar el mercado del taxi desde un punto de vista macroscópico mediante el uso de valores medios para toda la región y de obtener el número óptimo de taxis que satisfará las necesidades de transporte a un coste unitario mínimo, obteniendo también el tiempo de espera relacionado a esta flota óptima. El segundo modelo es capaz de reproducir las características operacionales del sector del taxi en detalle, simulando viajes de taxi en una red viaria y registrando todos los indicadores de rendimiento relacionados con el funcionamiento eficiente del sector del taxi. Se utilizan datos reales de la ciudad de Barcelona para la calibración de los modelos propuestos y la obtención de los resultados de la aplicación de ambos modelos al sector del taxi de la misma ciudad. Los dos modelos desarrollados se complementan perfectamente. Su combinación puede ser una herramienta valiosa en el análisis de los servicios de taxi o cuando se toman decisiones políticas en un esfuerzo para mejorarlos. Al mismo tiempo, problemas de funcionamiento locales pueden ser analizados en detalle durante el diseño de las cuestiones relacionadas con la política de taxis ya que todos los agentes se incluyen en los modelos y se pueden tomar en cuenta a la hora de optimizar el rendimiento del sistema. Los modelos se utilizan para analizar el impacto de las políticas tarifárias en el mercado del taxi. Tambien se tiene en cuenta la política de turnos, para la qual se ha planteado un problema de optimización que hace coincidir el numero óptimo de taxis obtenido por los modelos con los proporcionados por una política de turnos, que es la más común en todo el mundo. Se presentan rangos óptimos de demanda para los tres modos de operación. El sistema de taxis basado en reservas telefónicas parece ser más eficiente en bajas concentraciones de demanda, mientras que el sistema de taxis en la calle presenta menores costes unitarios para altas concentraciones de demanda. Los modelos agregados tienden a subestimar los costes tanto de los clientes como del sistema entre el 15 % y el 30 % si la distribución de la demanda es uniforme. Para demandas no uniformes, los modelos agregados sobreestiman los costes entre un 20% y 300%, dependiendo del valor de GINI de la distribución de la demanda. / Τα ταξί αποτελούν ένα απαραίτητο μέσο μεταφοράς για την ικανοποίηση των αναγκών μετακίνησης των πολιτών. Οι επιπτώσεις της αγοράς ταξί στην καθημερινή ζωή είναι επομένως πολύ σημαντικές, τόσο σε ότι αφορά οικονομικά (π.χ. οι μισθοί των οδηγών ταξί) όσο σε κοινωνικά θέματα (π.χ. συμφόρηση ή ικανοποίηση της ζήτησης για μετακίνηση). Έτσι, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν μοντέλα και εργαλεία σε μια προσπάθεια να ελεχθεί η αγορά των ταξί από τους αντίστοιχους φορείς και να ικανοποιηθούν οι ανάγκες των χρηστών. Διάφορα μοντέλα έχουν αναπτυχθεί με στόχο την ποσοτικοποίηση των επιπτώσεων και την αξιολόγηση των επιδόσεων του κλάδου των ταξί, αρχικά από μια πιο συγκεντρωτική και οικονομική άποψη και, πιο πρόσφατα, από μια λειτουργική και πιο ρεαλιστική άποψη. Ο κύριος στόχος αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μοντέλων που ασχολούνται με την ανάλυση των υπηρεσιών ταξί, με έμφαση στον βέλτιστο αριθμό των ταξί που απαιτούνται για την ικανοποίηση της ζήτησης παρέχοντας ένα εύλογο χρόνο αναμονής και εξασφαλίζοντας έναν ελάχιστο κέρδος στους οδηγούς ταξί. Για το σκοπό αυτό, δύο μοντέλα έχουν αναπτυχθεί, ένα συγκεντρωτικό οικονομικό μοντέλο και ένα μοντέλο προσομοίωσης. Το πρώτο μοντέλο μπορεί να αναλύσει την αγορά ταξί από μια μακροσκοπική άποψη χρησιμοποιώντας μέσες τιμές για το σύνολο της περιοχής για τον καθορισμό του βέλτιστου αριθμού ταξί που θα παρέχει υπηρεσίες ταξί με το ελάχιστο μοναδιαίο κόστος, παρέχοντας επίσης το αντίστοιχο χρόνο αναμονής για αυτό το βέλτιστο στόλο. Το δεύτερο μοντέλο μπορεί να αναλύσει τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του κλάδου των ταξί με κάθε λεπτομέρεια, προσομοιώνοντας μετακινήσεις με ταξί σε ένα οδικό δίκτυο και καταγράφοντας όλους τους δείκτες απόδοσης της λειτουργίας του κλάδου των ταξί. Χρησιμοποιούνται πραγματικά δεδομένα από την πόλη της Βαρκελώνης για τη βαθμονόμηση των προτεινόμενων μοντέλων και τον καθορισμό των αποτελεσμάτων της εφαρμογής των δύο μοντέλων στην πόλη της Βαρκελώνης. Τα δύο μοντέλα που αναπτύχθηκαν είναι συμπληρωματικά και ο συνδυασμός τους μπορεί να αποδειχθεί ένα πολύτιμο εργαλείο για τους φορείς λήψης αποφάσεων κατά την ανάλυση της απόδοσης των υπηρεσιών ταξί ή για την λήψη αποφάσεων για τη βελτίωσή τους. Τα τοπικά ζητήματα λειτουργίας μπορούν να αναλυθούν λεπτομερειακά κατά το σχεδιασμό της πολιτικής της αγοράς ταξί. Τα μοντέλα χρησιμποιούνται για την ανάλυση των επιπτώσεων τιμολογησης της αγορας ταξί, αξιολογώντας τη ζήτηση για ταξί που συσχετιζεται σε διάφορα επιπέδα τιμολόγησης με τον αριθμό οχημάτων. Περιλαμβάνονται επίσης θέματα διαχείσης της αγοράς ταξί, όπως η χρήση βαρδιών, που είναι το πιο συνηθισμένο, για την παροχή οχηματοορών υπηρεσίας σε επίπεδα αντίστοιχα της βέλτιστης λύσης. Έχουνε διατυπωθεί βέλτιστα διαστήματα ζήτησης για τις τρεις αγορές ταξί, παρά την οδό, με τηλεφωνική κράτηση και σε στάση. Η αγορά με τηλεφωνική κράτηση φαίνεται να είναι η πιο αποδοτική για χαμηλά επίπεδα ζήτησης, καθώς και η παρά την οδό να είναι η πιο αποδοτική για ψηλά επίπεδα ζήτησης. Τα συγκεντρωτικά μοντέλα υπο-εκτιμούν τα κόστη των χρηστών και του συστημάτος μεταξύ 15% και 30% εαν η κατανομή της ζήτησης είναι ομοιομόρφη. Για μη ομοιομόρφες κατανομές ζήτησης, τα συγκεντρωτικά μοντέλα υπερ-εκτιμούν το κόστος μεταξύ 20% και 300%, βάσει της τιμής του συντελεστή GINI της κατανομής της ζήτησης.