Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème de l'extraction d'une surface à partir de la représentation volumique d'un objet. Dans ce but, nous nous sommes concentrés sur les méthodes de division spatiale. Ces approches divisent le volume afin de construire une approximation par morceaux de la surface de l'objet. L'idée générale consiste à faire des approximations surfaciques locales qui seront ensuite combinées pour extraire une surface unique représentant l'objet. Les approches basées sur l'algorithme " Marching Cubes " (MC) présentent des défaut par rapport à la qualité et l'adaptativité de la surface produite. Même si une considérable quantité d'améliorations ont été apportées à la méthode originale, la plus grande partie des algorithmes fournissent la solution à un ou deux défauts mais n'arrivent pas à surmonter toutes ses limitations.Les méthodes duales sont plus adaptées pour utiliser un échantillonnage adaptatif sur le volume d'intérêt. Ces méthodes reposent sur la génération de surfaces duales à celles construites par MC ou se basent sur des grilles duales. Elles construisent des maillages moins denses et en même temps capables de mieux approcher les détails de l'objet. De plus, des améliorations récentes garantissent que les maillages extraits ont de bonnes propriétés topologiques et géométriques.Nous avons étudié les caractéristiques spécifiques des objets volumiques par rapport à leur géométrie et à leur topologie. Nous avons exploré l'état de l'art sur les approches de division spatiale afin d'identifier leurs avantages et leurs inconvénients ainsi que les implications de leur utilisation sur des objets volumiques. Nous avons conclu qu'une approche duale était la mieux adaptée pour obtenir un bon compromis entre qualité du maillage et qualité de l'approximation. Dans un second temps, nous avons proposé et développé un pipeline de génération de surfaces basé sur une combinaison d'une approche duale et de la recherche de composantes connexes n-dimensionnels pour mieux reproduire la topologie et la géométrie des objets originels. Dans un troisième temps, nous avons présenté une extension "out-of-core" de notre chaîne de traitements pour l'extraction des surfaces à partir de grands volumes. Le volume est divisé pour générer des morceaux de surface de manière indépendante et garde l'information nécessaire pour les connecter afin de produire une surface unique topologiquement correcte.L'approche utilisée permet de paralléliser le traitement pour accélérer l'obtention de la surface. Les tests réalisés ont permis de valider la méthode sur des données volumiques massives. / In this document, we have been interested in the surface extraction from the volumetric representation of an object. With this objective in mind, we have studied the spatial subdivision surface extraction algorithms. This approaches divide the volume in order to build a piecewise approximation of the surface. The general idea is to combine local and simple approximations to extract a complete representation of the object's surface.The methods based on the Marching Cubes (MC) algorithm have problems to produce good quality and to handle adaptive surfaces. Even if a lot of improvements to MC have been proposed, these approaches solved one or two problems but they don't offer a complete solution to all the MC drawbacks. Dual methods are more adapted to use adaptive sampling over volumes. These methods generate surfaces that are dual to those generated by the Marching Cubes algorithm or dual grids in order to use MC methods. These solutions build adaptive meshes that represent well the features of the object. In addition, recent improvements guarantee that the produced meshes have good geometrical and topological properties.In this dissertation, we have studied the main topological and geometrical properties of volumetric objects. In a first stage, we have explored the state of the art on spatial subdivision surface extraction methods in order to identify theirs advantages, theirs drawbacks and the implications of theirs application on volumetric objects. We have concluded that a dual approach is the best option to obtain a good compromise between mesh quality and geometrical approximation. In a second stage, we have developed a general pipeline for surface extraction based on a combination of dual methods and connected components extraction to better capture the topology and geometry of the original object. In a third stage, we have presented an out-of-core extension of our surface extraction pipeline in order to extract adaptive meshes from huge volumes. Volumes are divided in smaller sub-volumes that are processed independently to produce surface patches that are later combined in an unique and topologically correct surface. This approach can be implemented in parallel to speed up its performance. Test realized in a vast set of volumes have confirmed our results and the features of our solution.

Les limites des ressources d’énergies fossiles et la perspective imminente du changement climatique ont mené les pays de l’Union Européenne à engager une restructuration du secteur électrique vers un approvisionnement en énergie fiable, économique et durable. Dans cette optique de transition énergétique, les systèmes de stockage d’énergie peuvent faciliter l’intégration des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Ils permettent de stocker l’énergie produite par les sources renouvelables pour décaler sa fourniture aux réseaux électriques et compenser les fluctuations aléatoires de la puissance. Par ce lissage de la production des sources intermittentes, les systèmes de stockage transforment ces dernières en centrales mieux contrôlables et plus prévisibles ce qui leur permet de participer aux marchés d’électricité et aux services systèmes.Afin de garantir le respect des plans de production et des engagements pris envers le gestionnaire du réseau, les centrales de production renouvelables équipées d’un système de stockage ont recours à un système de gestion d’énergie. Alors que le contrôle rapproché assure le respect de la consigne instantanée de production, la gestion d’énergie utilise des méthodes d’optimisation sous contraintes issues de la recherche opérationnelle pour planifier le fonctionnement des systèmes de stockage. Le plus souvent, un arbitrage est nécessaire entre les exigences du fonctionnement et la complexité du modèle utilisé. Les modèles de batterie, qui présentent un comportement non-linéaire, doivent être simplifiés en vue de les intégrer dans les algorithmes d’optimisation les plus courants. De plus, les modèles précis et particulièrement ceux qui sont basés sur une modélisation physico-chimique de la batterie exigent des tests de caractérisation chronophages réalisés dans des conditions contrôlées. Finalement, le comportement électrique de la batterie évolue avec son âge ce qui impose un recalage périodique du modèle en fonction du temps.Cette thèse présente une méthodologie d’identification de modèles de batterie en cours de fonctionnement et d’utilisation de ces modèles adaptatifs dans la gestion optimale d’une centrale de production électrique avec stockage. Après un rappel des modèles de batteries, des méthodes d’identification en temps réel issues de la théorie du contrôle sont développées dans le cas d’un modèle des circuits électriques équivalents. L’extraction d’un modèle simplifié pour la gestion d’énergie est décrite et juxtaposée à une analyse de régression directe des données de fonctionnement. Les méthodes d’identification sont testées pour un système de stockage réel de taille industrielle, associé à une centrale photovoltaïque installée sur l’île de La Réunion. L’identification du modèle dans le cadre d’une étude de vieillissement préalablement effectuée au sein du CEA, met en évidence le suivi de l’état de santé de la batterie.En vue de l’intégration des modèles adaptatifs dans la gestion, la formulation des problèmes d’optimisation rencontrés dans la planification d'une centrale photovoltaïque associée à un système de stockage est développée. Des implémentations en programmation linéaire-mixte et en programmation dynamique sont réalisées dans des cas d’études basés sur la participation aux marchés d’électricité ou dans le cadre d’une tarification réglementée, ainsi que la participation aux services système. Afin d’évaluer les performances de ces solutions, une architecture de contrôle pour la centrale est détaillée, et le fonctionnement de la centrale est simulé. Plusieurs configurations du système de gestion sont testées, y compris l’utilisation de modèles fixes ou variables ainsi que la prise en compte ou non du vieillissement de la batterie. Une analyse statistique des résultats obtenus pour différents cas de production photovoltaïque et d’erreurs de prévision montre que l’utilisation des modèles variables présente des avantages. / Limited fossil energy resources and the prospect of impending climate change have led the European Union to engage in a restructuring of the electricity sector towards a sustainable, economical and reliable power supply. Energy storage systems have the potential of an enabling technology for the integration of renewable energy sources, which underlies this transition. They allow the delivery of energy produced by a local source to the electric grid to be shifted in time and can compensate random fluctuations in power output. Through such smoothing and levelling, energy storage systems can make the production of variable renewable sources predictable and amenable to control.In order to observe scheduled production and their commitments toward the grid operator, renewable power plants equipped with storage systems make use of an energy management system. While direct control ensures tracking of the current production setpoint, energy management employs constrained optimization methods from operations research to organize the usage of the storage systems. The complexity of the storage system model used in optimization must frequently be adapted to the specific application. Batteries show non-linear state-dependent behavior. Their model must be simplified for use in the most common optimization algorithms. Moreover, precise battery models based on physical modelling require time-consuming controlled testing for parameterization. Lastly, the electrical behavior of a battery evolves with aging which calls for regular recalibration of the model.This thesis presents a methodology for on-line battery model identification and the use of such adaptive models in optimal management of an electrical plant with energy storage. After a summary of battery models, observer methods for on-line identification based on control theory are developed for the case of an equivalent circuit model. The extraction of a simplified model for energy management is described and compared to direct regression analysis of the operational data. The identification methods are tested for a real industrial-sized storage system operated in a photovoltaic power plant on the island of La Réunion. Model identification applied to data from an earlier battery aging study shows the use of the method for tracking the state-of-health.The formulation of optimization problems encountered in the production scheduling of a photovoltaic power plant with energy storage is developed incorporating the adaptive battery models. Mixed-integer linear programming and dynamic programming implementations are used in case studies based on market integration of the plant or regulated feed-in tariffs. A simulation model based on the outline of the plant control architecture is used to simulate the operation and evaluate the solutions. Different configurations of the management system are tested, including static and variable battery models and the integration of battery aging. A statistical analysis of the results obtained for multiple cases of photovoltaic production and forecast error shows the advantage of using variable battery models in the study case.

La Tesis Doctoral estudia la observaci'on en tiempo real de la concentraci'on en el colector de escape de 'oxidos de nitr'ogeno (NOx) y del dosado en motores diesel sobrealimentados (¿ '1 ). Para ello se combinan dos fuentes de informaci'on diferentes: ¿ Sensores capaces de proporcionar una media de dichas variables, ¿ y modelos orientados a control que estiman estas variables a partir de otras medidas del motor. El trabajo parte de la evaluaci'on de la precisi'on de los sensores, realizada mediante la comparaci'on de su medida con la proporcionada por equipos anal'¿ticos de alta precisi'on, que son usados como est'andares de calibraci'on est'atica. Tambi'en se desarrollan en la Tesis m'etodos para la calibraci'on de la din'amica del sensor; dichos m'etodos permiten identi¿car un modelo de comportamiento del sensor y revelar su velocidad de respuesta. En general, estos sensores demuestran ser precisos pero relativamente lentos. Por otra parte, se proponen modelos r'apidos para la estimaci'on de NOx y ¿ '1 . Estos m'etodos, basados en relaciones f'¿sicas, tablas de par'ametros y una serie de correcciones, emplean las medidas proporcionadas por otros sensores con el ¿n de proporcionar una estimaci'on de las variables de inter'es. Los modelos permiten una estimaci'on muy r'apida, pero resultan afectados por efectos de deriva que comprometen su precisi'on. Con el ¿n de aprovechar las caracter'¿sticas din'amicas del modelo y mantener la precisi'on en estado estacionario del sensor, se proponen t'ecnicas de fusi'on de la informaci'on basadas en la aplicaci'on de ¿ltros de Kalman (KF). En primer lugar, se dise¿na un KF capaz de combinar ambas fuentes de informaci'on y corregir en tiempo real el sesgo entre las dos se¿nales. Posteriormente, se estudia la adaptaci'on en tiempo real de los par'ametros del modelo con el ¿n de corregir de forma autom'atica los problemas de deriva asociados al uso de modelos. Todos los m'etodos y procedimientos desarrollados a lo largo de la presente Tesis Doctoral se han aplicado de forma experimental a la estimaci'on de NOx y ¿ '1 . De forma adicional, la Tesis Doctoral desarrolla aspectos relativos a la transferencia de estos m'etodos a los motores de serie. / The dissertation covers the problem of the online estimation of diesel engine exhaust concentrations of NOx and '1. Two information sources are utilised: ¿ on-board sensors for measuring NOx and '1, and ¿ control oriented models (COM) in order to predict NOx and '1. The evaluation of the static accuracy of these sensors is made by comparing the outputs with a gas analyser, while the dynamics are identified on-board by perform- ing step-like transitions on NOx and '1 after modifying ECU actuation variables. Different methods for identifying the dynamic output of the sensors are developed in this work; these methods allow to identify the time response and delay of the sensors if a sufficient data set is available. In general, these sensors are accurate but present slow responses. Afterwards, control oriented models for estimating NOx and '1 are proposed. Regarding '1 prediction, the computation is based on the relative fuel-to-air ratio, where fuel comes from an ECU model and air mass flow is measured by a sensor. For the case of NOx, a set-point relative model based on look-up tables is fitted for representing nominal engine emissions with an exponential correction based on the intake oxygen variation. Different corrections factor for modeling other effects such as the thermal loading of the engine are also proposed. The model is able to predict NOx fast with a low error and a simple structure. Despite of using models or sensors, model drift and sensor dynamic deficiencies affect the final estimation. In order to solve these problems, data fusion strategies are proposed by combining the steady-state accuracy of the sensor and the fast estimation of the models by means of applying Kalman filters (KF). In a first approach, a drift correction model tracks the bias between the model and the sensor but keeping the fast response of the model. In a second approach, the updating of look-up tables by using observers is coped with different versions based on the extended Kalman filter (EKF). Particularly, a simplified KF allows to observe the parameters with a low computational effort. Finally, the methods and algorithms developed in this work are combined and applied to the estimation of NOx and '1. Additionally, the dissertation covers aspects relative to the implementation of the methods in series engines. / Blanco Rodríguez, D. (2013). Modelling and observation of exhaust gas concentrations for diesel engine control [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32666 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Redundancy in plaintext is a fertile source of attack in any encryption system. Compression before encryption reduces the redundancy in the plaintext, but this does not make a cipher more secure. The cipher text is still susceptible to known-plaintext and chosen-plaintext attacks. The aim of homophonic coding is to convert a plaintext source into a random sequence by randomly mapping each source symbol into one of a set of homophones. Each homophone is then encoded by a source coder after which it can be encrypted with a cryptographic system. The security of homophonic coding falls into the class of unconditionally secure ciphers. The main advantage of homophonic coding over pure source coding is that it provides security both against known-plaintext and chosen-plaintext attacks, whereas source coding merely protects against a ciphertext-only attack. The aim of this dissertation is to investigate the implementation of an adaptive homophonic coder based on an arithmetic coder. This type of homophonic coding is termed universal, as it is not dependent on the source statistics. / Computer Science / M.Sc. (Computer Science)

Two important physical aspects that determine the performance of a running train are the total running resistance that acts on the whole train moving forward, and the available adhesion (utilizable wheel-rail-friction) for propulsion and breaking. Using the measured and available signals, online identification of the current running resistance and available adhesion and also prediction of future values for a distance ahead of the train, is desired. With the aim to enhance the precision of those calculations, this thesis investigates the potential of online identification and prediction utilizing the Extended Kalman Filter. The conclusions are that problems with observability and sensitivity arise, which result in a need for sophisticated methods to numerically derive the acceleration from the velocity signal. The smoothing spline approximation is shown to provide the best results for this numerical differentiation. Sensitivity and its need for high accuracy, especially in the acceleration signal, results in a demand of higher sample frequency. A desire for other profound ways of collecting further information, or to enhance the models, arises with possibilities of future work in the field. / Två viktiga fysikaliska aspekter som bestämmer prestandan för ett tåg i drift är det totala gångmotståndet som verkar på hela tåget, samt den tillgängliga adhesionen (användbara hjul-räl-friktionen) för framdrivning och bromsning. Från de tillgängliga signalerna önskas identifiering, samt prediktering, av dessa två storheter, under drift. Med målet att förbättra precisionen av dessa skattningar undersöker detta examensarbete potentialen av skattning och prediktering av gångmotstånd och adhesion med hjälp av Extended KalmanFiltering. Slutsatsen är att problem med observerbarhet och känslighet uppstår, vilket resulterar i ett behov av sofistikerade metoder att numeriskt beräkna acceleration från en hastighetssignal. Metoden smoothing spline approximation visar sig ge de bästa resultaten för denna numeriska derivering. Känsligheten och dess medförda krav på hög precision, speciellt på accelerationssignalen, resulterar i ett behov av högre samplingsfrekvens. Ett behov av andra adekvata metoder att tillföra ytterligare information, eller att förbättra modellerna, ger upphov till möjliga framtida utredningar inom området.

Redundancy in plaintext is a fertile source of attack in any encryption system. Compression before encryption reduces the redundancy in the plaintext, but this does not make a cipher more secure. The cipher text is still susceptible to known-plaintext and chosen-plaintext attacks. The aim of homophonic coding is to convert a plaintext source into a random sequence by randomly mapping each source symbol into one of a set of homophones. Each homophone is then encoded by a source coder after which it can be encrypted with a cryptographic system. The security of homophonic coding falls into the class of unconditionally secure ciphers. The main advantage of homophonic coding over pure source coding is that it provides security both against known-plaintext and chosen-plaintext attacks, whereas source coding merely protects against a ciphertext-only attack. The aim of this dissertation is to investigate the implementation of an adaptive homophonic coder based on an arithmetic coder. This type of homophonic coding is termed universal, as it is not dependent on the source statistics. / Computer Science / M.Sc. (Computer Science)