Noninvasive measurement of hemodynamics at the microvascular level may have a great impact on oncology in clinics for diagnosis, therapy planning and monitoring, and, in preclinical studies. To this end, diffuse optics is a strong candidate for noninvasive, repeated, deep tissue monitoring. In this multi-disciplinary, translational work, I have constructed and deployed hybrid devices which are the combination of two qualitatively different methods, near infrared diffuse optical spectroscopy (NIRS) and diffuse correlation spectroscopy (DCS), for simultaneous measurement of microvascular total hemoglobin concentration, blood oxygen saturation and blood flow. In a preclinical study, I applied the hybrid device to monitor the response of renal cell carcinoma in mice to antiangiogenic therapy. The results suggest that we can predict the output of therapy from early hemodynamic changes, which provide us with valuable information for better understanding of the tumor resistance mechanism to antiangiogenic therapies. In two in vivo studies in human volunteers, I have developed protocols and probes to demonstrate the feasibility of noninvasive diffuse optical spectroscopy to investigate the pathophysiology of bone. First study was study on the physiology of the patella microvasculature, the other introduced the manubrium as a site that is rich in red bone mar- row and accessible to diffuse optics as a potential window to monitor the progression of hematological malignancies. Overall, during my Ph.D., I have developed instrumentation, algorithms and protocols and, then, applied this technique for preclinical and clinical investigations. My research is a link between preclinical and clinical studies and it opens new areas of applications in oncology. / La medición no invasiva de la hemodinámica a nivel microvascular puede alcanzar un gran impacto en oncología: en las clínicas para el diagnóstico, la planeación y monitorización de las terapias, y en estudios preclínicos. La óptica difusa es una fuerte candidata para la monitorización no invasiva y repetida del tejido profundo. En este trabajo multidisciplinario y traslacional, construí e implementé dispositivos híbridos que son la combinación de dos métodos cualitativamente diferentes: espectroscopía infrarroja de óptica difusa -near infrared diffuse optical spectroscopy (NIRS)- y espectroscopía de correlación de luz difusa -diffuse correlation spectroscopy (DCS)-. Estos híbridos permiten la medición simultánea de la concentración de hemoglobina total en sangre, la saturación de oxígeno y el flujo sanguíneo. En un estudio preclínico, apliqué el dispositivo híbrido para monitorizar la respuesta de carcinomas de células renales, implantados en ratones, a terapias antiangiogénicas. Los resultados sugieren que podemos predecir la evolución de la terapia con base en cambios hemodinámicos tempranos, lo cual proporciona información valiosa para un mejor entendimiento del mecanismo de resistencia de los tumores a las terapias antiangiogénicas. En dos estudios in vivo realizados en pacientes voluntarios, desarrollé protocolos y sondas para demostrar la viabilidad de la espectroscopía de óptica difusa no invasiva en el estudio de la patofisiología ósea. El primer estudio se concentró en la fisiología microvascular de la rótula y en el otro se muestra que el manubrio, hueso rico en médula ósea roja, es un sitio accesible para la óptica difusa, y se presenta como una ventana para monitorizar la progresión de enfermedades hematológicas malignas. En resumen, durante mi trabajo doctoral, desarrollé instrumentación, algoritmos y protocolos que posteriormente apliqué en estudios preclínicos y clínicos. Mi trabajo de investigación constituye así un enlace entre estos estudios y abre nuevas áreas de aplicación en oncología.

Combined sewer networks carry wastewater and storm water together. During normal operation all the water is delivered to wastewater treatment plants, where it is treated before being released to surrounding natural water bodies. However, during heavy rain events, the network capacity may become insufficient leading to untreated water discharges to the receiving environments. To mitigate these undesired effects, combined sewer networks are usually provided with detention tanks and flow redirection elements, managed to fully take advantage of the network capacity. In the last few decades automatic control techniques for the regulation of these storage and redirection elements have been developed, with real-time, global, model-based predictive ones being widely regarded as the most efficient ones due to their capacity to take advantage of instantaneous network measurements and rain intensity forecasts. In this thesis a complete methodology to develop a real-time, global, model-based predictive controller to minimize pollution effects in combined sewer networks is proposed. The physically-based model for open-channel flow is based on a set of partial differential equations, which must be solved numerically. Since in a real-time predictive control strategy the model equations must be solved many times to evaluate the effect of different control actions, the time needed to solve the equations limits the use of the physically-based model to small network instances with simple topologies. Therefore, it is a common practice to use simplified control-oriented models for real-time control. The first part of the thesis is focused on the development, calibration and validation of a simplified control-oriented model for water transport in combined sewer networks, taking into account three main features: accuracy, calibration ease and computational speed. The proposed model describes the flows through the most common elements and hydraulic structures present in combined sewer networks, some of which requiring the use of piecewise equations. Once the model equations are presented, calibration procedures to compute all the model parameters are developed. The modelling and calibration methodology is then applied to a real case study and validation results are provided. Finally, sensitivity analysis is conducted with respect to both the most relevant model parameters and the intensity of the considered rain scenarios. The second part of the thesis is devoted to model-based optimal control. First, the piecewise equations of the model are reformulated to obtain a general expression of the system by means of a set of linear equations and inequalities including continuous and binary variables. Using this general expression, matrix-based procedures for the formulation of Optimal Control Problems and State Estimation Problems are presented. Using an implementation of the case study network in a commercial sewer network simulator solving the complete physically-based model equations as virtual reality, the proposed model-based controller is evaluated. By iteratively solving State Estimation Problems and Optimal Control Problems and using the simulator to provide network measurements, a Receding Horizon Control strategy is simulated. The inclusion of State Estimation Problems in the control loop allows to perform output feedback control simulations taking into account that in a sewer network the number of available measurements is limited. Finally, a discussion of the results obtained with these simulations corresponding to different measurement availability scenarios is provided. / Les xarxes de clavegueram combinades transporten conjuntament aigües residuals i aigües pluvials. En absència de pluges, tota l'aigua és conduïda cap a plantes de tractament on és degudament tractada abans de ser retornada als cossos aquàtics adjacents. En canvi, durant episodis de pluja intensa, la capacitat de la xarxa pot esdevenir insuficient donant lloc a inundacions en zones urbanes i abocaments d'aigua no tractada als medis receptors. Per tal de mitigar aquests efectes, les xarxes de clavegueram combinades acostumen a disposar de dipòsits de retenció i elements de redistribució del cabal, regulats amb la finalitat d'aprofitar al màxim la capacitat de la xarxa. En les últimes dècades s'han desenvolupat tècniques de control automàtic per a la regulació d'aquests elements d'emmagatzematge i redistribució, essent el control a temps real, global i predictiu basat en models la tècnica considerada més eficient, donat que és capaç de tenir en compte mesures instantànies del sistema i prediccions d'intensitat de pluja. En aquesta tesi, es proposa una metodologia completa per al desenvolupament d'un controlador a temps real, global i predictiu basat en model per minimitzar els efectes contaminants en xarxes de clavegueram combinades. El model físic que descriu els fluxos en canals oberts es basa en un sistema d'equacions en derivades parcials que s'ha de resoldre numèricament. Com que en una estratègia de control predictiu a temps real les equacions del model s'han de resoldre moltes vegades per avaluar els efectes de diferents accions de control, el temps necessari per resoldre les equacions limita l'ús del model físic a xarxes petites i amb topologies simples. Per tant, és una pràctica habitual utilitzar models simplificats orientats a control per al control a temps real. La primera part de la tesi es centra en el desenvolupament, calibratge i validació d'un model simplificat orientat a control del moviment de l'aigua en xarxes de clavegueram combinades, tenint en compte tres característiques principals: la precisió, la facilitat de calibratge i la velocitat computacional. El model presentat descriu el cabal a través dels elements i estructures hidràuliques més comunes en xarxes de clavegueram combinades, algunes de les quals requereixen l'ús de funcions definides a trossos. Una vegada les equacions del model han estat presentades, es desenvolupen procediments per al calibratge de tots els paràmetres del model. La metodologia de modelat i calibratge és aleshores aplicada a un cas d'estudi corresponent a una xarxa de clavegueram real i es presenten resultats de validació. Finalment, es duu a terme una anàlisi de sensitivitat respecte als paràmetres més rellevants del model i respecte a la intensitat dels escenaris de pluja considerats. La segona part de la tesi està dedicada al control òptim basat en el model. En primer lloc, les equacions definides a trossos del model són reformulades per obtenir una expressió del sistema en termes d'un conjunt d'equacions i desigualtats lineals incloent variables contínues i binàries. Usant aquesta expressió general es presenta un procediment basat en matrius per a la formulació de problemes de Control Òptim i Estimació d'Estat. Mitjançant una implementació de la xarxa del cas d'estudi en un simulador comercial de xarxes de clavegueram que resol les equacions del model físic complet com a realitat virtual, s'avalua el controlador basat en model descrit anteriorment. Resolent iterativament problemes d'Estimació d'Estat i de Control Òptim i utilitzant el simulador per obtenir mesures, se simula una estratègia de control amb horitzó lliscant. La inclusió de problemes d'Estimació d'Estat en llaç de control permet la simulació del controlador amb output feedback, tenint en compte que el nombre de mesures disponibles en una xarxa de clavegueram és limitat. Finalment, es discuteixen els resultats obtinguts en aquestes simulacions corresponents a diferents escenaris de disponibilitat de mesures

An important issue in today's information society is the security of data transmission against potential intruders, which always put at risk the confidentiality. Current methods to increase security require that the two parties wishing to transmit information, exchange or share one or more security keys. Once the key has been identified, the information can be transferred in a provable secure way using a one-time pad, i. e. the key length is as long as the plaintext. Therefore, the security of the information transmission is based exclusively on the security of the key exchange. Quantum cryptography, or more precisely quantum key distribution (QKD), guarantees absolutely secure key distribution based on the principles of quantum physics, according to which it is not possible to measure or reproduce a state (e.g. polarization or phase of a photon) without being detected. The key is generated out from the measurement of the information encoded into specific quantum states of a photon, named qubits. For example, a qubit can be created using properties such as the polarization or the phase of a photon. Achieved goals of this thesis are the development of a new class of high speed integrated photonic sources for applications in quantum key distribution systems, capable of producing unprecedented qubit rates (100 Mbps - 1 Gbps) and transmitting those over larger distances than those achieved so far (>200 km). More specifically the work has been focused on developing faint pulse sources which can be used in very demanding environmental conditions, such as those in Space. For the development of these sources, apart from the optical design, essential is the opto-mechanical engineering as well as the integration with the electronics. One of the objectives was to achieve very high level of integration and power efficiency, e.g. volumes and power consumption between 10 and 100 times smaller than those typical of a laboratory experiment. Moreover, work in related parts of a whole QKD transmission system has been carried out. In particular, a new scheme for a compact, fast and simple random number generator has been demonstrated successfully achieving a random number generation rate of 1.1 Gbps. Also, during the course of this thesis, the development and engineering of a free-space QKD optical link has been initiated. This thesis makes use of novel ideas to alternatively demonstrate proof-of-concept experiments, which could then further develop into commercial products. To this end, close collaborations with world-wide leading companies in the field have been established. The Optoelectronics Group at ICFO has been involved in current European Space Agency (ESA) projects to develop a small footprint and low power consumption quantum transceiver and a high-flux entangled photon source. / En l’actual societat del coneixement és important la seguretat en la transmissió de dades contra potencial intrusos, els quals sempre posen en risc la confidencialitat. Mètodes actuals per incrementar la seguretat requereixen que les dos parts que volen transmetre informació, intercanviïn o comparteixin una o més claus. Una vegada la clau ha estat identificada, la informació pot ser transferida de forma provadament segura utilitzant ”‘one-time pad”’. Per tant, la seguretat en la transmissió de la informació es basa exclusivament en la seguretat en l’intercanvi de la clau. La criptografia quàntica, o més precisament distribució de clau quàntica (QKD), garanteix absolutament la seguretat de la distribució de la clau basant-se en els principis de la física quàntica, segons la qual no és possible mesurar o reproduir un estat (p. e. la polarització o fase d’un fotó) sense ser detectat. La clau es genera a partir de les mesures de la informació codificada en estat quàntics del fotó, anomenats qubits. Per exemple, un qubit pot ser creat utilitzant propietats com la polarització o fase d’un fotó. Els objectius aconseguits d’aquesta tesis són el desenvolupament d’una nova classe d’emissors fotònics d’alta velocitat per a aplicacions en sistemes de distribució de clau quàntica, capaç¸os de produir velocitats de qubit sense precedents (100 Mbps - 1 Gbps) i transmetre’ls a través de distàncies més llunyanes que les aconseguides fins ara (> 200 Km). Més en concret el treball s’ha centrat en el desenvolupament de fonts de pulsos atenuats que poden ser usades en condicions ambientals molt extremes, com les presents a l’Espai. Per al desenvolupament d’aquestes fonts, apart del disseny òptic, importantíssim es l’enginyeria optomecànica com també la integració amb la electrònica. Un dels objectius ha estat aconseguir un molt alt nivell de integració i eficiència de potència, p. e. volums i consums de potència entre 10 i 100 vegades més petits que els típics en experiments de laboratori. Ademés, s’ha realitzat treball en altres parts relacionades amb un sistema de transmissió QKD. En particular, un nou esquema per a un generador de números aleatori compacte, ràpid i simple ha estat positivament demostrat aconseguint velocitats de generació de números aleatoris de 1:1 Gbps. També, el desenvolupament i enginyeria d’un enllaç òptic per a QKD en espai lliure ha estat iniciat durant aquesta tesis. Aquesta tesis utilitza idees novedoses per a demostrar experiments de prova de concepte, els quals poden esdevenir en productes comercials. Per a aquest fi, s’han establert col•laboracions amb empreses internacionals líders del sector. A més a més, el Grup d’Optoelectrònica de ICFO ha estat involucrat en projectes de la Agència Espacial Europea (ESA) per a desenvolupar un transceptor quàntic de tamany reduït i baix consum de potència, el qual també conté una font de fotons entrellaçts d’alt flux.

Per tal de millorar la competitivitat, les empreses en general, i les cooperatives en particular, necessiten adequar les seves estratègies i la seva estructura organitzativa a l'entorn dinàmic de l'economia actual. L'èxit de les mateixes dependrà, en gran mesura, de la seva capacitat per a dotar-se dels recursos i habilitats adequades per aconseguir nous avantatges competitius, amb l'objectiu permanent del creixement i la diversificació.Aquest treballa d'investigació té com a finalitat, per una banda, intentar conèixer quins son els principals factors competitius i variables de gestió de les cooperatives que determinen el seu èxit; i per altra banda, contrastar si factors tals com la dimensió, la tecnologia i la innovació, la qualitat, la cooperació i els aspectes financers, expliquen una major eficiència i rendibilitat de les cooperatives.L'anàlisi s'aplica sobre una mostra de 108 almàsseres cooperatives de Catalunya. Per dur a terme l'estudi, hem utilitzat tant informació primària como secundaria. La informació primària s'ha obtingut a través d'una enquesta postal realitzada a les almàsseres cooperatives catalanes.La informació secundaria s'ha obtingut a través dels Comptes Anuals que aquestes entitats tenen la obligació de dipositar al Registre de Cooperatives.Els resultats obtinguts son consistents amb els recollits a la bibliografia al destacar la importància que per a l'èxit de les almàsseres cooperatives tenen les capacitats financeres, la posició tecnològica i la innovació, la qualitat, la dimensió, així com les noves tecnologies de la informació. / Para mejorar la competitividad, las empresas en general, y las cooperativas en particular, deben adecuar sus estrategias y su estructura organizativa al entorno dinámico de la economía actual.El éxito de las mismas dependerá, en gran medida, de su capacidad para dotarse de recursos y habilidades adecuadas para conseguir nuevas ventajas competitivas, con el objetivo permanente del crecimiento y la diversificación.Este trabajo de investigación tiene como finalidad, por un lado, tratar de conocer cuales son los principales factores competitivos y variables de gestión de las cooperativas que determinan su desarrollo y éxito; y por otro, contrastar si factores tales como la dimensión, la tecnología y la innovación, la calidad, la cooperación y los aspectos financieros, explican una mayor eficiencia y rentabilidad de las cooperativas.El análisis se aplica sobre una muestra de 108 almazaras cooperativas de Catalunya. Para llevar a cabo el estudio, hemos utilizado tanto información primaria como secundaria. La información primaria se ha obtenido a través de una encuesta postal realizada a las almazaras cooperativas catalanas. La información secundaria se ha obtenido a través de la Cuentas Anuales que dichas entidades tienen la obligación de depositar en el Registro de Cooperativas.Los resultados obtenidos son consistentes con los recogidos en la bibliografía al destacar la importancia que para el éxito de las almazaras cooperativas tienen las capacidades financieras, la posición tecnológica y la innovación, la calidad, la dimensión, así como las nuevas tecnologías de la información. / In order to improve the competitiveness, companies in general, and cooperatives in particular, must adapt their strategies and their organizational structure to the dynamic surroundings of the current economy. Their success will mostly depend on their ability of equipping themselves with suitable resources and skills in order to obtain new competitive advantages, within their main growth and diversification objective.The objective of this research work is, on one hand, to know which are the main competitive factors and management variables in cooperatives that determine their development and their success; and on the other hand, to contrast if factors such as dimension, technology and innovation, quality, cooperation and financial aspects, explain a greater cooperative efficiency and yield.The analysis is applied on a sample of 108 cooperative oil mills from Catalunya. In order to carry out the study, we have considered not only primary information, but also secondary information.The primary information has been obtained through a postal poll from the catalan cooperative oil mills. The secondary information has been obtained from the Annual Accounts that these organizations are under the obligation to deposit in the Registre de Cooperatives.The results are consistent with the gathered bibliography, since both emphasize the importance that the financial capacities, the technological position and the innovation, the capacities of marketing and the quality, the dimension as well as the new information technologies have for the success of the cooperative oil mills.

This thesis deals with the further development of an existing underwater vehicle for autonomous navigation. The vehicle was conceived to navigate over the sea surface and, at certain fixed points, to dive vertically in order to obtain a profile of a water column. The main objectives of the thesis are the improvement of the hardware and software of the vehicle in order to make it fully operational, and the design and implementation of control techniques for autonomous navigation. The problem of autonomous navigation is addressed first with the calculation of an hydrodynamic model in 3DoF. An extensive study about the selection of the coefficients is performed, using a linearized model. The calculation of the coefficients is done using two approaches: a geometric one and another one based on least squares techniques applied to experimental data obtained during sea trials. The least squares method gives satisfactory results and the simulations fits the experimental data. The resulting hydrodynamic model is completed with the physical constraints of the actuators of the vehicle. Solving the autonomous navigation problem requires the design of controllers for both the inner loop (dynamic) and the outer loop (kinematic). Several solutions based on type-1 TSK fuzzy control are presented for velocity control, yaw control, pure pursuit navigation, and path following. The fuzzy controller is used to manage different linear controllers designed for specific conditions. The hydrodynamic model plays an important role in the design of the controller for the inner loop. In addition, a gain scheduled controller is designed to validate a particular case of the fuzzy controller in the inner loop. Regarding the finishing of the vehicle to be fully operational, the improvements begin with a new driver for the lateral thrusters because they lacked backwards movement capability. Additionally, upgrades in the handling of the vehicle had to devised. In this respect, a wireless on/off system is presented to power the vehicle, and a WiFi connection is adapted to manipulate the software of the vehicle remotely. Furthermore, a study of the currents and power of the immersion system in order to reduce the power consumption is performed, and the hardware is improved with the inclusion of some commercial devices, like an IMU, CTD, and acoustic localization system. The software is improved in several aspects. First, some problems derived from previous works are debugged. The system is then restructured with a multithread development, which provides robustness and modularity. As the system needed an extension of the protocol communication for easy handling, a robust protocol communication is implemented with the possibility to execute scripts. Finally, the existing graphical user interface is simplified in order to provide only the information required by the operator. In order to improve the buoyancy of the vehicle, several foams are designed, adjusted to the geometry of the vehicle, and a ballast system is also included for fine adjustment. Finally, several tests in the laboratory, a swimming pool, a channel, and at sea are performed in order to check the performance of the vehicle. Results show a correct behavior of hardware and software, and also validate the performance of the controllers designed for autonomous navigation. / Esta tesis aborda el desarrollo de un vehículo submarino existente para la navegación autónoma. El vehículo fue concebido para navegar sobre la superficie del mar siguiendo ciertos puntos preestablecidos, y hacer inmersiones verticales con el fin de obtener un perfil de una columna de agua. Los objetivos principales de la tesis son la mejora del hardware y el software del vehículo con el fin de que sea plenamente operativo, y el diseño e implementación de técnicas de control para la navegación autónoma. El problema de la navegación autónoma se aborda primero con el cálculo de un modelo hidrodinámico en 3 grados de libertad. Un extenso estudio sobre la selección de los coeficientes se realizó usando un modelo linealizado. El cálculo de los coeficientes se obtuvo utilizando dos enfoques: primero un enfoque geométrico, y luego un enfoque basado en técnicas de mínimos cuadrados aplicados a los datos experimentales obtenidos durante las pruebas de mar. El método de mínimos cuadrados da resultados satisfactorios y las simulaciones se ajustan a los datos experimentales. El modelo hidrodinámico resultante se completa con las limitaciones físicas de los actuadores del vehículo. Resolver el problema de navegación autónoma requiere el diseño de controladores tanto para el lazo interno (dinámico) como el lazo exterior (cinemático). En este sentido se presentan varias soluciones basadas en controladores difusos TSK tipo 1 para el control de velocidad, control de guiñada, navegación "pure pursuit", y "path following". El controlador difuso se utiliza para gestionar diferentes controladores lineales diseñados para condiciones específicas, y el modelo hidrodinámico juega un papel importante en el diseño del controlador del lazo interno. Además, se diseñó un controlador tipo "gain scheduling" para validar un caso particular del controlador difuso. En cuanto a poner el vehículo completamente operativo, las mejoras comienzan con un nuevo controlador para los propulsores laterales pues éstos carecían del movimiento en reversa. Adicionalmente se realizaron varias mejoras respecto a la fácil manipulación del vehículo. En este sentido se implementó un sistema inalámbrico para el encendido y apagado del vehículo, y se adaptó una conexión WiFi para poder manipular el software remotamente. Luego, se realizó estudio de las corrientes y voltajes implicados en el sistema de inmersión con el fin de reducir el consumo de energía, y finalmente el hardware se mejora con la inclusión de algunos dispositivos comerciales como un IMU, CTD, y sistema de localización acústica. El software se mejora en varios aspectos. En primer lugar, algunos de los problemas derivados de desarrollos anteriores se depuran. A continuación, el sistema se reestructura con un desarrollo multi-hilo que proporciona robustez y modularidad. Debido a que el sistema necesitaba la extensión del protocolo de comunicación para un fácil manejo, se implementó un protocolo de comunicación robusto con la posibilidad de ejecutar scripts. Por último, se simplifica la interfaz gráfica de usuario existente con el fin de proporcionar solamente la información necesaria para el operador. Con el fin de mejorar la flotabilidad del vehículo, se diseñan varias espumas ajustadas a la geometría del vehículo, y también se incluye un sistema de lastre para un ajuste fino. Por último, se hicieron varias pruebas en laboratorio, piscina, un canal, y en el mar con el fin de comprobar el rendimiento del vehículo. Los resultados muestran un comportamiento correcto de hardware y software, y también validan el funcionamiento de los controladores diseñados para la navegación autónoma.

Al mercat globalitzat d’avui en dia la falta de coneixement sobre la distribució dels impactes entre els estats dificulta el disseny de polítiques efectives per la reducció, a escala global, de la degradació ambiental. L'objectiu d’aquesta tesi consisteix en la combinació de models macroeconòmics amb l’optimització multi-objectiu per facilitar la quantificació de càrregues ambientals, la distribució equitativa de responsabilitats i el disseny de polítiques públiques eficaces i sostenibles. Per aquest motiu aquí es proposen mètodes quantitatius basats en models input-output ampliats al medi ambient per estudiar la contribució de les nacions a les pressions ambientals globals, mitjançant l’estudi del cicle de vida dels productes que es consumeixen mundialment; les càrregues ambientals relacionades amb el comerç i l'equitat amb que es distribueixen els impactes. Els resultats poden ajudar a dissenyar polítiques eficaces per assegurar una justa assignació de responsabilitats. A més a més, aquesta tesi proposa un enfocament d'optimització multi-objectiu sistemàtic per minimitzar els impactes ambientals i, simultàniament, maximitzar la producció d’una economia. El model de programació lineal bi-criteri identifica els sectors clau que contribueixen significativament a l'impacte ambiental i que presenten una baixa producció econòmica. Els resultats mostren que amb les tecnologies existents i mitjançant un control adequat de la demanda dels sectors, els impactes ambientals es podrien reduir en major proporció que la producció econòmica. D’altra banda, aquesta tesi proposa un mètode basat en programació lineal per facilitar la presa de decisions en estudis ambientals de forma inversa. És a dir, donat un conjunt de solucions, aquest mètode obté els límits inferiors i superiors dels intervals dins dels quals els pesos de cada indicadors han de caure, de forma que l'alternativa seleccionada sigui òptima. D'aquesta manera, les persones encarregades de prendre decisions no estan obligades a proporcionar els pesos amb antelació, el que podria donar lloc a resultats esbiaixats. / En el mercado globalizado actual, la falta de conocimiento sobre cómo se distribuyen los impactos entre las naciones dificulta el diseño de políticas efectivas para la reducción, a escala global, de la degradación ambiental. El objetivo de esta tesis es combinar modelos macroeconómicos y optimización multiobjetivo para facilitar la cuantificación de cargas ambientales, la distribución equitativa de responsabilidades, y el diseño de políticas públicas eficaces que mejoren la sostenibilidad. Para ello, en esta tesis se proponen métodos cuantitativos basados en modelos input-output extendidos al medio ambiente para estudiar la contribución de las naciones a la presión ambiental global mediante el análisis del ciclo de vida de los productos que se consumen mundialmente, las cargas ambientales relacionadas con el comercio, y la equidad con que se distribuyen los impactos. Los hallazgos pueden ayudar a diseñar políticas eficaces para asegurar una asignación justa de responsabilidades. Además esta tesis propone un enfoque de optimización multiobjetivo sistemático para minimizar simultáneamente los impactos ambientales y maximizar la producción de una economía. El modelo de programación lineal bicriterio identifica los sectores clave que contribuyen significativamente al impacto y presentan una baja producción económica. Los resultados muestran que con las tecnologías existentes y controlando adecuadamente la demanda de ciertos sectores, los impactos ambientales podrían disminuir en mayor proporción que la producción económica. Además, esta tesis propone un método basado en programación lineal para facilitar la toma de decisiones ambientales mediante un análisis inverso. Es decir, dado un conjunto de soluciones, el método desarrollado busca los límites inferior y superior de los intervalos dentro de los cuales los pesos de cada indicador deben caer para que la alternativa seleccionada sea la óptima. De este modo, las personas encargadas de tomar decisiones no están obligadas a proporcionar los pesos de antemano, lo que podría conducir a resultados sesgados. / In today’s globalized market, the lack of knowledge about how the impacts distribute among nations hinders the design of effective policies for reducing the environmental degradation at a global scale. The aim of this thesis is to combine macroeconomic models with multi-objective optimization to facilitate the quantification of environmental loads, the fair allocation of responsibilities, and the design of effective public policies aiming at sustainability. To these end here we propose quantitative methods based on environmentally extended input-output models to study the contribution of nations to the global environmental pressures by examining the life cycle of products consumed worldwide; the trade-embodied environmental loads; and the equity with which impacts are distributed. Findings may help to design effective policies ensuring a fair allocation of responsibilities. This thesis also proposes a systematic multi-objective optimization approach for simultaneously minimizing the environmental impacts and maximizing the output of an economy. The bi-criteria linear programming model identifies key sectors with significant impact contribution and low output. Results show that, with the existing technologies, the environmental impacts could be lowered in higher proportion than the economic output by controlling adequately the demand of sectors. Moreover, this thesis proposes a method based on linear-programming to facilitate decision-making in environmental studies in an inverse manner. That is, given a set of solutions, this method finds the lower and upper limits of the intervals within which the weights to be attached to the indicators must fall, so that the selected alternative becomes optimal. Thereby, decision makers are not required to provide weights beforehand that could lead to biased results.

An interesting approach in cooperative control is to design distributed control strategies which use only local information so that a multi-agent system achieves specified behaviors. A basic behavior in cooperative control is the consensus. Given a multi-agent system, like a multiple robot network, it is said that the agents reach a consensus if the state of each agent converges to a common state. Examples of cooperative tasks in which consensus algorithms are employed include formation control, flocking theory, rendezvous problems and synchronization. These cooperative tasks have several possible applications, like: transportation systems (intelligent highways, air-traffic control); military systems (formation flight, surveillance, reconnaissance, cooperative attack and rendezvous) and mobile sensor networks (space-based interferometers, environmental sampling). The solution to the consensus problems involves the design of control algorithms such that the agents can reach an agreement on their states. There are two main problems that are studied in consensus, the leader-follower consensus and the leaderless consensus. In the leader-follower consensus problem, there exists a leader that specifies the state for the whole group while in a leaderless consensus problem, there is not a priori reference state. The main goal of this thesis is the design of operational space controllers that solve the leader-follower and the leaderless consensus problems in networks composed of multiple heterogeneous robots. Furthermore, this document proposes novel operational space control schemes for bilateral teleoperation systems. In both scenarios, different conditions are studied, such as the absence of robot velocity measurements, constant and variable time-delays in the robot's interconnection, and uncertainty in the robot's physical parameters. Most of the previous consensus control algorithms, only work with the position or orientation but not with both. On the contrary, this dissertation deals with the entire pose of the robots that contains both the position and the orientation. Moreover, in order to render a singularity-free description of the orientation, the unit-quaternions are employed. The dissertation provides a rigorous stability analysis of the control algorithms and presents simulations and experiments that validate the effectiveness of the proposed controllers. / Un enfoque interesante en el control cooperativo es el diseño de estrategias de control distribuido que requieran sólo información local para que un sistema multi-agente logre comportamientos específicos. Un comportamiento básico del control cooperativo es el consenso. Dado un sistema multi-agente, como una red de múltiples robots, se dice que los agentes llegan a un consenso si el estado de cada agente converge a un estado común. Algunos ejemplos de tareas cooperativas en las que los algoritmos de consenso son utilizados son los siguientes: el control de la formación, flocking, rendezvous y sincronización. Estas tareas cooperativas tienen varias aplicaciones posibles, como: sistemas de transporte (carreteras inteligentes , control de tráfico aéreo); sistemas militares (vuelo en formación, vigilancia, reconocimiento, ataque cooperativo) y redes de sensores móviles (interferómetros en el espacio, el muestreo del ambiente). La solución a los problemas de consenso implica el diseño de algoritmos de control de tal manera que los agentes pueden llegar a un acuerdo sobre sus estados. Hay dos problemas principales que se estudian en el consenso, el consenso líder-seguidor y el consenso sin líder. En el problema de consenso líder-seguidor, existe un líder que especifica el estado de todo el grupo, mientras que en un problema de consenso sin líder, no hay ningún estado de referencia definido a priori. El objetivo principal de esta tesis es el diseño de controladores en el espacio operacional que resuelvan los problemas de consenso líder-seguidor y sin líder en redes compuestas de múltiples robots heterogéneos. Además, este documento propone novedosos esquemas de control en el espacio operacional para sistemas de teleoperación bilateral. En ambos escenarios, se estudian diferentes condiciones, tales como la ausencia de medidas de velocidad de los robots, retardos constantes y variables en la interconexión de los robots y la incertidumbre en los parámetros físicos de los robots. La mayoría de los anteriores algoritmos de control que resuelven el consenso, sólo trabajan con la posición o la orientación, pero no con ambos. Por el contrario, esta tesis doctoral se ocupa de toda la pose de los robots que contiene tanto la posición y la orientación. Por otra parte, a fin de usar una representación de la orientación libre de singularidades, se emplean los cuaterniones unitarios. Esta tesis doctoral proporciona un análisis riguroso de la estabilidad de los algoritmos de control y presenta simulaciones y experimentos que validan la eficacia de los controladores propuestos

Este trabajo de investigación trata sobre Geografía de Puertos. Es un tema tradicionalmente poco seguido por los profesionales del país en comparación a otras especialidades geográficas, y pese a que en los últimos años se han elaborado interesantes investigaciones aplicadas sobre temas marítimos y portuarios, escasean todavía las aportaciones teóricas sobre estas cuestiones.Con esta tesis es pretende contribuir a la expansión de los estudios portuarios, confeccionando una síntesis teórica sobre el cuerpo disciplinario de la Geografía Portuaria (origen, contenido temático, métodos de trabajo, estudios geográficos portuarios, bibliografía reciente significativa, etc.). Tanto las reflexiones teóricas como la extensa bibliografía -unas 900 fichas clasificadas temáticamente- son instrumentos de trabajo útiles que facilitan la tarea a futuros investigadores que opten por esta línea geográfica.El contenido de la Tesis está estructurado en dos niveles de enfoque distinto. La Parte Primera que presenta el estudio de los puertos marítimos en Geografía y la Parte Segunda que comenta la especificación y el estado actual de la Geografía Portuaria forman el cuerpo teórico del trabajo. En cuanto al otro bloque que estructura el contenido tiene un carácter aplicado: la Parte Tercera se dedica a analizar la proyección exterior del puerto de Barcelona en la actualidad (finales de la década de los ochenta).La Parte Primera presenta las especialidades geográficas que han potenciado el estudio de los puertos marítimos, y explica la influencia que han tenido en la expansión de los análisis de temas portuarios, la revolución técnica del transporte y la nueva organización económica, política y jurídica de los asuntos marinos, posteriores a la Segunda Guerra Mundial. Otros capítulos de esta Parte Primera exponen que dos hechos recientes han provocado la revalorización del estudio de los puertos marítimos por los geógrafos: a) la incidencia de los grandes puertos comerciales en la expansión territorial, y b) la conversión de las metrópolis portuarias en centros mundiales de comercio exterior. Finalmente se valora la orientación y los contenidos de la nueva Geografía Marina, que es una especialidad de reciente consolidación que integra múltiples fenómenos que se relacionan con el mar.En la segunda parte se juzga la identidad de la Geografía de Puertos, evidenciando que a mediados de los años cincuenta tomó cuerpo esta concepción, y que durante la segunda mitad del siglo se han ido desarrollando sus principios teóricos (ámbitos espaciales de estudio, escalas, contenido temático, métodos de trabajo, etc.). Luego se pasa a comentar el estado actual de la Geografía Portuaria en los Departamentos Universitarios de los países que más han contribuido a su desarrollo (docencia, investigación, equipos de especialistas, etc.) Esta exposición es el resultado de una encuesta enviada a más de noventa geógrafos maritimistas de unos veinte países. La Parte Segunda concluye con la evaluación geográfica de los puertos marítimos en España.La última parte de la Tesis se inicia con un conjunto de reflexiones conceptuales sobre las áreas de influencia portuaria. Después de presentar esquemáticamente los rasgos característicos del puerto de Barcelona en su faceta de centro de comercio internacional, se procede al análisis de su proyección exterior espacial, que se lleva a cabo, 1) delimitando sus áreas de influencia exterior, - "foreland" global, "foreland" sectorial y conectividad interportuaria-, y 2) estudiando la organización de la red de comunicaciones regulares oceánicas internacionales. En cada caso se expone previamente la metodología aplicada: fuentes estadísticas usadas, reconversiones de categorías arancelarias de mercancías, índices internacionales, confección de las escalas espaciales de referencia, etc. El resultado de estos análisis, que se expresa además cartográficamente, permite conocer a) cuáles son los territorios ultramarinos -puertos y países-, que se relacionan con el puerto de Barcelona mediante los flujos de mercancías y barcos, originados por los mecanismos de su comercio exterior marítimo, b) cuál es el grado de intensidad de las relaciones, según distintas variables: tonelaje y valor de los flujos globales de mercancías y de estos mismos según categorías macroeconómicas, y frecuencia de los contactos náuticos interportuarios.El texto de la Tesis, que se estructura en las tres partes comentadas, hace continua referencia a la Bibliografía y al Apéndice documental, que aparecen al final. Otro volumen recoge las estadísticas usadas para analizar la proyección exterior del puerto de Barcelona. Se trata de datos no publicados y algunos sin ningún tipo de elaboración, que primero se tuvieron que copiar manualmente y luego un sistema de hoja electrónica de cálculo. / With this investigative research, the intention has been to contribute to the expansion of maritime research in Spain, firstly by creating a theoretical base for the disciplinary body of Port Geography (origin, thematic content, methodology, conceptual discussions, current world status of Port Geography studies, significant recent publications, etc.), and in the second place, bringing about an analysis of the spatial distribution of commercial transportation negotiated through the Port of Barcelona.The first part presents the geographic majors which have traditionally encouraged the study of maritime ports, explaining how economic, urban, social, political and regional analysis geography majors have adressed and analyzed the subject of Port Geography. In addition, port studies undertaken in the context of new Marine Geography, a recently created major which combines all areas of study related to the ocean, is evaluated.The second part assesses the identity of Port Geography. How this emergence took shape during the fifties and how principle theories have developed throughout the second half of the century (spatial limits of study, scales, types of analysis, thematic content, methodology, etc.). Next, the current status of Port Geography in the University Departments of the countries which have most contributed to its development (education, research, teams of specialists, etc.). This section ends with the evaluation of geographical studies of maritime ports in Spain.In the final part of the Thesis, which is of an applied nature, the foreign spatial projection of the port of Barcelona is analyzed, 1) delimiting the global "foreland", the sectorial "foreland", and interport connectivity, and 2) studying the organization of the international oceanic communications network. The result of the analysis, which is also expressed cartographically, illustrates: a) the overseas territories -ports/countries- related to Barcelona through traffic of merchandise and ships engaged in international maritime commerce, b) the intensity of foreign relations, according to specific variables: tonnage and value of the flow of global merchandise, by macroeconomic categories, and frecuency of interport nautical contacts.

The main topic of the thesis is the search and obtention of certain tools and criteria which allow us to propose an analytical methodology in order to understand and demonstrate the reasons why Spain has been importing Clinker from so far places as China or Thailand instead of Turkey which should have been the "natural" supplier due to their geographical proximity. Initially we highlighted the next objectives: -To Analyze the capacities and/or logistic limitations of the spanish ports on their cement terminals. -To demonstrate that the import/export capacities of a country go intimately linked to their logistic capacities. -To relate the main cement economic parameters with the import/export capacities of a country. For that: -We have studied the cement history from their begginings together with his Spanish evolution till nowadays. -We have analyzed the freight market from the cement transportation point of view. -We have analyzed the Spanish port cement terminals. -We have issued done freight calculations in order to demonstrate the paramount importance of the ports logistics capacities. Achieving the next conclusions: -The freight value is what determines the global cement movements. The shorter distance does not guarantee the cheapest freight. -It has been demonstrated that the import/export capacites of a country go linked to economical factors, which might be financial or logistics, and the economical level of a country are intimately linked to the cement consumption of the same. -It has been demonstrated that the logistic capacities are the ones determining if a country can import/export to overseas countries, so Spain with her fantastic ports and bulk terminals has been able to receive big vessels from distant countries like China. Also we can confirm: -The cement is a strategical material that big corporations and governments try to control giving rise to an oligopoly. -The value of a ship analyzed as a logistic cost is directly related to the value of the cement. We have standardized a formula to pass from Time charter to a freight par metric ton. -The cost of the low value dry bulk cargoes depends almost exclusively of their logistic cost. -The economy of scale in the cement world does not always apply, due to the fact that in a lot of places we need vessels cranes and grabs to load/discharge which makes totally impossible to use bigger vessels because those are usually gearless. / El tema central de la tesis es la búsqueda y la obtención de unas herramientas y/o criterios que permitan proponer una metodología de análisis para entender y demostrar las razones por las que España ha importado Clinker de lugares tan lejanos como China o Tailandia en lugar de Turquía que debería haber sido el suministrador "natural" por cercanía. Inicialmente se marcaron los siguientes objetivos: -Analizar las capacidades y/o limitaciones logísticas de los puertos españoles en sus terminales de cemento. -Demostrar que las capacidades de importación/exportación de un país van íntimamente ligadas a sus capacidades logísticas. -Relacionar las principales magnitudes económicas del mundo del cemento con la capacidad de importación/exportación de un país. Para ello: -Se ha estudiado la historia del cemento desde sus inicios así como su evolución en España hasta la actualidad. -Se han analizado el mercado de fletes desde el punto de vista del transporte del cemento. -Se han analizado las terminales cementeras de los puertos españoles. -Se han realizado cálculos de importes de fletes para demostrar que las capacidades logísticas de los puertos son de importancia capital. Llegando a las siguientes conclusiones: -El valor del flete es el que determina los movimientos de cemento a nivel mundial. La distancia más corta no nos garantiza el flete más barato. -Queda demostrado que la capacidad de importación y exportación de un país va ligada a factores económicos, ya sean logísticos o financieros así como el nivel económico de un país está íntimamente relacionado con el consumo de cemento del mismo. -Ha quedado demostrado que las capacidades logísticas son las que determinan si un país puede importar y/o exportar a países lejanos, ergo España con sus fantásticos puertos y terminales de graneles ha podido recibir buques grandes y por tanto importar de lugares tan lejanos como China. Asimismo, podemos afirmar: -El cemento es un material estratégico que tanto corporaciones como gobiernos intentan controlar y que da por tanto lugar a un oligopolio. -El valor del buque analizado como coste logístico afecta de forma directamente proporcional al valor del cemento. Hemos estandarizado una fórmula para pasar de "Time charter" a flete por tonelada métrica. -El valor de las mercancías a granel de bajo coste depende casi exclusivamente de su coste logístico. -Las economías de escala en el mundo del cemento no siempre son válidas, ya que en muchos lugares hace falta que el propio buque posea medios de carga y/o descarga con lo que pasa a ser inviable el uso de un buque de mayor porte, ya que éstos generalmente carecen de medios propios.

Micro Aerial Vehicles (MAVs), a subset of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), also known as drones, are becoming popular for several applications and gaining interest due to advantages as manufacturing and maintenance cost, size and weight, energy consumption, and flight maneuverability. Required skills for drone teleoperators being lower than for aircraft pilots, however their training process can last several weeks or months depending on the target at hands. In particular, this process is harder when teleoperators cannot observe directly the vehicle, depending only on onboard sensors and cameras. The presence of oscillations in the captured video is a major problem with cameras on UAVs. It is even more complex for MAVs because the external disturbances increase the instability. There exists mechanical video stabilizers that reduce camera oscillations, however this mechanical device adds weight and increases the manufacturing cost, energy consumption, size, weight, and the system becomes less safe for people. In this thesis, we propose to develop video stabilization software algorithms, without additional mechanical elements in the system, to be applied in real-time during the UAV navigation. In the literature, there are a few video stabilization algorithms able to be applied in real-time, but most of them generate false motion (phantom movements) in the stabilized image. Our algorithm represents a good tradeoff between stable video recording and simultaneously keeping UAV real motion. Several experiments with MAVs have been performed and the employed measurements demonstrate the good performance of the introduced algorithm. / Los micro vehículos aéreos (MAVs), un subconjunto de vehículos aéreos no tripulados (UAVs), también llamados drones, han ganado popularidad en múltiples aplicaciones y un creciente interés debido a sus ventajas como costo de fabricación y mantenimiento, volumen, peso del vehículo, gasto energético, y maniobrabilidad de vuelo. La destreza requerida para un teleoperador de drones es inferior a la de un piloto de aeronaves de mayor dimensión, no obstante, su proceso de entrenamiento puede durar varias semanas o incluso meses dependiendo del objetivo que se persiga. Este proceso se dificulta cuando el teleoperador no puede observar de forma directa al vehículo y depende únicamente de los sensores y cámaras a bordo del sistema. Uno de los principales problemas con cámaras a bordo de drones es la oscilación presente en los vídeos capturados. Este inconveniente es más complejo para los MAVs porque las perturbaciones externas provocan mayor inestabilidad. Existen dispositivos mecánicos de estabilización de vídeo que reducen las oscilaciones en la cámara. Sin embargo, estos mecanismos implican una carga adicional al sistema y aumentan el costo de producción, gasto energético y el riesgo para las personas que se encuentren cerca en caso de accidente. En la presente tesis se propone el desarrollo de algoritmos de estabilización de vídeo por software sin elementos mecánicos adicionales en el sistema, a ser utilizados en tiempo real durante la navegación de los UAVs. En la literatura existen pocos algoritmos de estabilización de video aplicables en tiempo real, los cuales generan falsos movimientos (movimientos fantasma) en la imagen estabilizada. El algoritmo desarrollado es capaz de obtener una imagen estable y simultáneamente mantener los movimientos reales. Se han llevado a cabo múltiples experimentos con MAVs y las métricas de evaluación utilizadas evidencian el buen desempeño del algoritmo introducido.