Un dels principals requeriments de la gestió de drets digitals a la Web és un llenguatge compartit per a la representació del copyright. Les aproximacions actuals es basen en solucions purament sintàctiques, simples i difícils de posar en pràctica.La contribució d'aquesta tesi és aplicar una aproximació semàntica basada en ontologies web a la gestió de drets digitals. Es desenvolupa una Ontologia del Copyright on les peces bàsiques són un model de creació, el drets de copyright i les accions que és poden dur a terme sobre els continguts. Aquesta ontologia facilita el desenvolupament de sistemes de gestió de drets.També s'ha aplicat l'enfocament semàntic als principals llenguatges d'expressió de drets. S'han integrat amb l'ontologia per tal d'avaluar-la i a la vegada s'han enriquit amb la seva base semàntica. Finalment, tot això s'ha posat en pràctica en un sistema semàntic de gestió de drets. / Uno de los principales requerimientos de la gestión de derechos digitales en la Web es un lenguaje compartido para la representación del copyright. Las aproximaciones actuales se basan en soluciones puramente sintácticas, simples y difíciles de poner en práctica.La contribución de esta tesis es aplicar una aproximación semántica basada en ontologías Web a la gestión de derechos digitales. Se desarrolla una Ontología del Copyright cuyas piezas básicas son un modelo de creación, los derechos de copyright y las acciones que se pueden llevar a cabo sobre los contenidos. Esta ontología facilita el desarrollo de sistemas de gestión de derechos. También se ha aplicado el enfoque semántico a los principales lenguajes de expresión de derechos. Se han integrado con la ontología para evaluarla y a la vez se han enriquecido con su base semántica. Finalmente, todo esto se ha puesto en práctica en un sistema semántico de gestión de derechos. / One of the main requirements of web digital rights management is a shared language for copyright representation. The current approaches are based on syntactic solutions, which are simple and difficult to put into practice.The contribution of this thesis is to apply a semantic approach based on web ontologies to digital rights management. It develops a Copyright Ontology whose basic pieces are a creation model, the copyrights and the actions that can be carried out on the content. This ontology facilitates rights management systems development. The semantic approach has also been applied to the main rights expression languages. They have been integrated with the ontology in order to evaluate it and, at the same time, they have been enriched with their base semantics. Finally, all this has been put into practice in a semantic digital rights management system.

Study and evaluation of patients with heart failure related with ischemic and dilated cardiomyopathy is interesting for the clinical practice. Similarly, the analysis of the behavior of the respiratory system of patients undergoing extubation process is still research topic, and is particularly important to determine the optimal moment for the weaning process. In Both cases, the study of the cardiac and respiratory systems, and their interaction can contribute to identify new medical process, and increase the knowledge of the pathologies studied. The main goal of this research is the analysis and characterization of the behavior of the cardiovascular system, the respiratory system, and the cardiorespiratory interaction in patients with chronic heart failure, and patients assisted by mechanical ventilation on the processes of weaning trials. We propose the extraction of information that allows to enhance the knowledge of the physiological behavior, and improve the diagnosis and stratification of these patients. Cardiomyopathy is a disease of the cardiac muscle reducing the heart’s pumping ability. Patients with chronic heart failure (CHF) usually present changes in the respiratory behavior, with periodical changes in the tidal volume, known as periodic breathing (PB). In order to study chronic heart failure patients, we propose to analyse the cardiorespiratory interaction through characteristics extracted, in time and frequency domain, from the respiratory flow (FLW), respiratory volume (VOL), electrocardiogram ECG, and blood pressure (BP) signals. The study was performed in 50 patients with dilated cardiomyopathy (19 patients), and ischemic cardiomyopathy (31 patients). A periodic respiratory pattern is considered as an indicator of the severity of these disease. Using the respiratory flow envelope, we calculated the modulation index (M) associated to the periodic breathing. First part of the study considered CHF patients classified based on the modulation index. The study was performed considering 35 segments of signals non modulated (GN, M<10%), and 12 signal segments high modulated (GH, M>75%). Considering these time segments, we studied parameters extracted from the cardiac, respiratory and cardiorespiratory interaction related to the envelope of the respiratory flow signal. The main objective is to analyze differences on the cardiovascular behavior between non modulated and modulated patients. Studying respiratory signals, the main differences were found on the end expiratory lung volume (EELV). Considering the parameters extracted from the ECG, were obtained difference on the spectrum of the upward and downward slope of the QRS complex. Differences were also found on the heart rate variability. From the analysis of the magnitude squared coherence (MSC) between the series and the envelope the main differences were found in the frequency domain on the band of very low frequency. This result suggest that the periodic changes on the tidal volume are presented in the cardiac behavior. CHF patients were also studied through an unsupervised classification based on the K-means method. Time and frequency features extracted from the series were used to perform a 2 clusters classification. Based on these cluster were analyzed the clinical information. Additional, were study the modulation index on these clusters. Results suggest a strong correlation between feature extracted form ECG series and the modulation of the respiratory. Clusters calculated form BP series are related with the blood volume on the ventricle. Mechanical ventilation guarantee a correct alveolar ventilation in patients with respiratory failure. Weaning trial is the process of transfer the respiratory effort from the mechanical ventilator to the patient. This study investigated the contribution of spectral signals of heart rate variability (HRV) and respiratory flow, and their coherence to classifying patients on weaning process from mechanical ventilation. A total of 121 candidates for weaning, undergoing spontaneous breathing tests, were analyzed: 73 were successfully weaned (GS), 33 failed to maintain spontaneous breathing so were reconnected (GF), and 15 were extubated after the test but reintubated within 48 h (GR). The power spectral density and MSC of HRV and respiratory flow signals were estimated. Dimensionality reduction was performed using principal component analysis (PCA) over the spectral signals. Considering this new space formed by the PCA were calculated a fuzzy K-nearest neighbor classification. Best classification index, applying PCA and fKNN methods, were obtained considering the spectral signal of the MSC between HRV and FLW. The classifiers present a good balance between sensibility and specificity, and high accuracy of 92% comparing GS vs. GF, 86% classifying GS vs. GR, and 83% classifying GS vs. GFR. Reintubated patients is the most complex group for the analysis and classification, because at the beginning of the trial the behavior is similar to the success patients, but before 48 h the evolution of the respiratory pattern is more comparable to the failure patients. However, applying our method the index of accuracy, sensibility and specificity comparing GR against the other groups are above 80%. Spectral analysis of weaning trial patients were complemented with a nonlinear study based on the recurrence plot (RP) method. Additional, to the individual RP analysis of the HRV series, inspiratory time series (TI ), and respiratory time series (TTot), were performed the study of the cardiorespiratory interaction through the cross recurrence plot (CRP) and joint recurrence plot (JRP). One of the main issues for the application of the recurrence technique is the correct selection of the embedding dimension (ε). We propose the application of the method based on the analysis of ROC curves comparing observational noise against the signals of the study. This method allow the selection of the optimal ε for each data series. Recurrence matrix where characterized based on the parameters extracted applying the recurrence quantification analysis (RQA). Comparing the different groups that the main differences was observed on the determinism and stationarity of the signals. Patients of the success group show higher values of determinism, suggesting that time series extracted form de GE patients during the weaning trials are more stationary comparing with the orders groups. Analyzing the result obtained from JRP, it concludes that patients from GS show a higher mutual recurrence between HRV and the time series (TI and (TTot. Based on the RQA parameters obtained for each time series extracted, was proposed a supervised classification applying support vector machine technique (SVM). The best classification obtained were abode the 80% in accuracy. The results obtained suggest that recurrence plot and especially joint recurrence plot techniques could improve the discrimination and characterization of patients on weaning trials / El estudio y la evaluación de pacientes con problemas cardíacos relacionados con cardiomiopatía isquémica o dilatada son de gran interés para la práctica clínica. Igualmente, el análisis del comportamiento del sistema respiratorio de pacientes en proceso de extubación continúa siendo tema de investigación, y un reto en la práctica clínica. En ambos casos, el estudio de los sistemas cardíaco y respiratorio, y de su interacción cardiorespiratoria pueden contribuir a definir nuevos procesos clínicos, y a un mayor conocimiento de las patologías estudiadas. Pacientes con fallo cardíaco crónico (CHF) a menudo presentan aumentos y disminuciones periódicas en el volumen de tidal. Para el estudio de estos pacientes se propone el análisis de la interacción cardiorespiratoria, a través de la caracterización en el dominio temporal y frecuencial de las señales de flujo (FLW) y volumen (VOL) respiratorio, la señal ECG y la señal de presión sanguínea (BP). Se analizaron 50 pacientes diagnosticados con cardiomiopatía dilatada (19 pacientes), y cardiomiopatía isquémica (31 pacientes). A partir de la envolvente de la señal FLW se calculó el índice de modulación (M) asociado con el comportamiento periódico de la respiración. Para el estudio fueron considerados 35 segmentos de señal no modulada (GN, M<10%), y 12 segmentos muy modulados (GH, M>75%). Las principales diferencias se encontraron al analizar los parámetros relacionados con el volumen pulmonar al final de la espiración, los valores espectrales de las pendientes de subida y de bajada del complejo QRS, y la variabilidad del ritmo cardíaco (HRV). El análisis de la magnitud de la coherencia al cuadrado (MSC) entre las series extraídas y la envolvente de la señal FLW presentó las principales diferencias en la banda de muy baja frecuencia (VLF), con valores más elevados en los pacientes del grupo GH. Teniendo en cuenta los parámetros temporales y espectrales de las series extraídas de las señales cardiovascular y respiratoria se realizó una clasificación de los pacientes CHF aplicando el método no supervisado K-means. Al analizar las señales de presión sanguínea se observa una marcada correlación entre los clusters formados por el clasificador y los parámetros de volumen de sangre en los ventrículos. El destete es el proceso de transferencia del trabajo respiratorio desde el ventilador mecánico al paciente. Se propone evaluar las componentes espectrales de la HRV, de la señal FLW, y de su coherencia espectral para la identificación de pacientes exitosos (GE) en el test de respiración espontánea, pacientes que fracasan (GF) en el proceso de destete, y pacientes que habiendo superado la prueba inicial de respiración espontánea, antes de 48 h tuvieron que ser reintubados y reconectados al ventilador mecánico (GR). Para este estudio se analizaron las señales ECG y FLW de 121 pacientes asistidos mediante ventilación mecánica y sometidos a la prueba de tubo en T para la extubación. La caracterización del comportamiento cardiorespiratorio se realizó aplicando un análisis de componentes principales (PCA) a los espectros de las señales. En particular, se estudió la magnitud de la coherencia al cuadrado (MSC) como medida espectral del acople entre las señales HRV y FLW. Los pacientes fueron clasificados aplicando la técnica fuzzy K vecinos más cercanos (fKNN). Los mejores índices de clasificación se obtuvieron al considerar la señal espectral de la MSC entre la HRV y FLW, obteniéndose clasificaciones superiores al 80%. El estudio espectral de los pacientes en proceso de extubación se complementó con un estudio no lineal basado en la técnica de recurrence plot (RP). Adicionalmente, al estudio individual de las series de HRV, los tiempos de inspiración (Ti), y los tiempos de duración del ciclo respiratorio (TTot), se realizó el análisis de su interacción aplicando el método de joint recurrence plot (JRP). Pacientes del grupo GE presentaron valores más elevados al compararlos con los otros grupos.

In this Thesis, new methods for monitoring marine species using optical, radio frequency and acoustic technologies have been proposed and evaluated for biological studies in the laboratory and open sea. A study of the current technologies for monitoring species has been carried out, analyzing the advantages and disadvantages of each one. Although optical technologies allow a non-contact (non-invasive) species monitoring, they require a correct positioning of the elements and they are limited to some factors such as the distance (range), the environmental conditions and the biofouling. Radiofrequency devices allow the study of species that come to the surface, or those that live in freshwater environments. But this technology is restricted in the marine environment due the high absorption of the electromagnetic signals in that environment. Acoustic devices facilitate the monitoring of species in open sea and large areas, allowing location and tracking of the animals, but this technology has to challenge different aspects such as the multipath, the temporal and spatial variation of the channel or the Doppler effect, among others. This research has been divided in three parts according the above technologies, in which have been proposed, designed and evaluated successfully different systems to monitoring species. First, the infrared detectors and low-cost cameras have been evaluated for laboratory applications. The proposal provides different solutions such the expansion and the auto configuration to make the system independent of the aquaria size. Likewise, through different algorithms proposed have been reduced false activity detections caused by changes in water quality (turbidity), the presence of particles that obstruct the line of sight between the transmitter and the receiver, and the deterioration of the transducers. In the second part of this work, solutions have been proposed using RFID (Radio Frequency IDentification) technology through the design and experimental validation of a system for tracking species in experimental aquaria. The proposal provides solutions applied to make the system independent of the aquaria size. The results have demonstrated the validity of this technology to locate and track benthic species in confined spaces with a resolution of several centimeters. Finally, the performance of a commercial acoustic monitoring system in shallow waters and near an artificial reef environment where complex and numerous reflections occur, has been evaluated. Due to the lack of standards, the incompatibility between manufacturers and the need to improve the previous results, this part of the research has been directed to build and evaluated an acoustic underwater transducer prototype and an open OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication platform, approaching the current advances in underwater acoustics towards the species monitoring systems. / En este trabajo de Tesis se proponen y evalúan nuevos métodos para la monitorización de especies marinas, empleando tecnologías ópticas, por radiofrecuencia y acústicas para estudios biológicos en laboratorio (acuarios de experimentación) y en espacios abiertos. Se ha realizado un estudio de las tecnologías empleadas para la monitorización de especies, presentado y analizado las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. Aunque la tecnología óptica permite el estudio de especies sin contacto (no invasiva), requiere un correcto posicionamiento de sus elementos y está limitada por el alcance, las condiciones cambiantes del medio y la bioincrustación. Los dispositivos de radiofrecuencia permiten el estudio de especies que emergen a la superficie, o las que habitan en entornos de agua dulce; en el entorno marino esta tecnología se encuentra restringida debido a la gran absorción que sufren las señales electromagnéticas en ese medio. Los dispositivos acústicos facilitan la monitorización de especies en espacios abiertos de gran extensión, permitiendo su localización y seguimiento; sin embargo, esta tecnología presenta una gran sensibilidad a diferentes factores que impone el medio marino como el multicamino, la variación temporal y espacial del canal o el efecto Doppler, entre otros. La investigación se ha estructurado en tres partes donde, utilizando las tecnologías citadas, se han propuesto, diseñado y validado con éxito diferentes sistemas de medida. En primer lugar, se han evaluado los detectores de infrarrojos y las cámaras de bajo coste para la monitorización de especies en laboratorio. La propuesta contempla diferentes soluciones que independizan el sistema de las dimensiones del acuario, permitiendo su ampliación y configuración automática. Así mismo, mediante los algoritmos de procesado programados se han reducido las detecciones erróneas causadas por alteraciones de la calidad del agua (turbiedad), la presencia de partículas que obstruyen la línea de vista entre el par emisor-receptor y el deterioro de los transductores. En la segunda parte del trabajo de Tesis se han propuesto soluciones aplicando la tecnología RFID (Radio Frequency IDentification), mediante el diseño y validación experimental de un sistema de localización y seguimiento de especies en acuarios de experimentación. La propuesta realizada plantea mecanismos que independizan el sistema del tamaño del acuario, y permiten la autoconfiguración de sus componentes. Los resultados obtenidos han demostrado la validez de esta tecnología para localizar y seguir la trayectoria de especies bentónicas en espacios reducidos y con una resolución de varios centímetros. Finalmente, se ha evaluado el rendimiento de un equipo acústico comercial en mar abierto, a baja profundidad y en las proximidades de un entorno con arrecifes artificiales, donde ocurren complejas y numerosas reflexiones. Debido a la falta de estándares, la incompatibilidad entre fabricantes y con objeto de mejorar los resultados anteriores, en esta parte de la investigación se ha propuesto, construido y evaluado un prototipo de transductor acústico y una plataforma abierta de comunicaciones OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing), acercando la tendencia y los avances actuales en materia de comunicaciones acústicas a los sistemas de monitorización de especies marinas.

In this thesis I propose a novel method to estimate the dose and injection-to-meal time for low-risk intensive insulin therapy. This dosage-aid system uses an optimization algorithm to determine the insulin dose and injection-to-meal time that minimizes the risk of postprandial hyper- and hypoglycaemia in type 1 diabetic patients. To this end, the algorithm applies a methodology that quantifies the risk of experiencing different grades of hypo- or hyperglycaemia in the postprandial state induced by insulin therapy according to an individual patient’s parameters. This methodology is based on modal interval analysis (MIA). Applying MIA, the postprandial glucose level is predicted with consideration of intra-patient variability and other sources of uncertainty. A worst-case approach is then used to calculate the risk index. In this way, a safer prediction of possible hyper- and hypoglycaemic episodes induced by the insulin therapy tested can be calculated in terms of these uncertainties. / En esta tesis se propone un nuevo método para estimar la dosis y el instante de inyección que genere el menor riesgo para una terapia intensiva de insulina. El sistema de dosificación utiliza un algoritmo de optimización para determinar la dosis de insulina y el instante de inyección que reduzcan al máximo el riesgo de hiperglucemia e hipoglucemia posprandial en pacientes diabéticos tipo 1. Para ello, el algoritmo aplica una metodología que cuantifica el riesgo de sufrir diferentes grados de hipoglucemia e hiperglucemia en estado postprandial inducida por la terapia de insulina de acuerdo a los parámetros de cada paciente. Aplicando análisis intervalar modal se predice el nivel de glucosa postprandial considerando la variabilidad intrapaciente y otras fuentes de incertidumbre. Con un planteamiento del peor caso se calcula una predicción más segura de posibles episodios de hiperglucemia e hipoglucemia inducida por la terapia de insulina en términos de dichas incertidumbres.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / Analytical disciplines are an important field for the progress of healthcare and medicine. In fact the technologies related to analytical disciplines may reveal important information for early diagnosis, treatment of diseases, food safety and environmental monitoring. In this regard, novel advances in analytical disciplines are highly desired. As a promising tool, biosensors are useful systems that enable the detection of agents with diagnostic interest. Since nanotechnology enables the manipulation and control at the nanoscale, biosensors based on nanotechnology offer powerful capabilities to diagnostic technology. In this dissertation, the advantages of the integration of nanomaterials into microarray technology are widely studied, generally in terms of sensitivity. Particularly, the performance of cadmium-selenide/zinc-sulfide (CdSe@ZnS) quantum dots (QDs) and the fluorescent dye Alexa 647 as reporter in an assay designed to detect apolipoprotein E (ApoE) has been compared. The assay is a sandwich immunocomplex microarray that functions via excitation by visible light. ApoE was chosen for its potential as a biomarker for Alzheimer's disease. The two versions of the microarray (QD or Alexa 647) were assessed under the same experimental conditions. The QDs proved to be highly e¿ective reporters in the microarrays, although their performance strongly varied in function of the excitation wavelength. At 633 nm, the QD microarray, at an excitation wavelength of 532 nm, provided a limit of detection (LOD) of ~62 pg mL-1, ¿ve times more sensitive than that of the Alexa microarray (~307 pg mL-1). Finally, serial dilutions from a human serum sample were assayed with high sensitivity and acceptable precision and accuracy (Anal. Chem. 2012, 84:6821). Since graphene oxide (GO) is a recently discovered nanomaterial and microarray technology relies on optical signals, the photonic properties of GO are discussed and the state-of-the-art of GO in optical biosensing has been widely documented (Adv. Mater. 2012, 24:3298). Furthermore, GO has been studied as a highly efficient quencher of QDs, reporting a quenching efficiency of nearly 100%. Finally, such interaction between GO and QDs has been proposed as a highly sensitive transduction system for microarray-based biodetection (Carbon 2012, 50:2987). This research aims at demonstrating how the endeavour of the fusion between nanomaterials and microarray technology exhibits enormous possibilities towards biomarker screening, food safety and environmental monitoring. / Las tecnologías relacionadas con el diagnóstico son un campo importante para el progreso de la medicina y el cuidado de las salud. Por ejemplo, estas tecnologías pueden aportar valiosa información para el tratamiento y diagnóstico temprano de enfermedades, seguridad en alimentos y monitoreo del medio ambiente. En este contexto, los sistemas de biosensado son una herramienta muy prometedora que permite la detección de agentes con interés diagnostico. Dado que la nanotecnología facilita la manipulación y control a la nanoescala, los sistemas de biodetección basados en nanotecnología poseen poderosas capacidades que pueden ser explotadas en las tecnologías relacionadas con el diagnóstico. En esta tesisis se han estudiado las ventajas que aporta la integración de nanomateriales a la tecnología de microarrays, generalmente en términos de sensibilidad. Particularmente, se ha estudiado el desempeño de la integración de nanocristales semiconductores (NS) para la detección de un biomarcador relacionado con Alzheimer en formato microarray. En dicho microarray se ha observado un importante rendimiento, mostrando un excelente limite de detección de 62 pg mL-1, el cual supera a otros metodos convencionales de detección como el ELISA (470 pg mL-1). También se ha analizado un banco de diluciones de una muestra de suero humano con precisión y exactitud aceptables (Anal. Chem. 2012, 84:6821). Por otra parte, ya que el óxido de grafeno (OG) es un material muy novedoso y la tecnología de microarrays depende de señales ópticas, se ha documentado ampliamente el estado del arte sobre el uso de (OG) en en el campo del biosensado óptico (Adv. Mater. 2012, 24:3298). Adicionalmente, se ha estudiado al OG como un desactivador de fluorescencia de NS altamente eficiente, presentando una eficiencia en la desactivación de NS de casi el 100%. Finalmente se ha aplicado dicha interacción entre NS y OG para diseñar un sistema de transducción altamente sensible (Carbon 2012, 50:2987 ). Esta investigación tiene por objetivo demostrar las ventajas y el potencial que posee la fusión entre los nanomateriales y la tecnología de microarrays como un sistema aplicado al campo del diagnóstico

This thesis is focused on the study of dynamics and control of a multi-tethered satellite formation, where a multi-tethered formation is made up with several satellites (agents) connected by means of cables (tethers). The goal of the first part of the study is to evaluate the effect of tether mass on multi-tethered clusters. Due to the complexity of the formations analyzed, the stability of the formation is assessed through a numerical simulation. The behavior is evaluated in the ideal case of circular orbits, but also in non-ideal cases such as that of elliptical reference orbit or perturbed motion. For circular reference orbits, the dynamics of tethered satellite formation is studied, showing that tether mass affects formation dynamics for closed configurations featuring external tethers. This leads to significant instability effects affecting the position of deputies with respect to the parent body neglected by a more elementary modeling approach. When combined effect of orbit eccentricity and tether mass on tethered formations is analyzed, the most noticeable effect due to eccentricity is the increase in the variation of the local spin rate of the cluster between perigee and apogee passes of the reference elliptical orbit. This effect has consequences over the elongation of tethers, shape of tether oscillations and angular separation between adjacent tethers especially for open formations. When taking into account the J2 effect on massive tethered satellite formations, in the Earth¿facing scenario, the trajectory of the parent body presents oscillations of increasing amplitude in the direction perpendicular to the orbital plane. The second part of the study is focused on deriving a control law for position and attitude control of an Earth-facing double pyramid multi-tethered cluster. The control problem is decomposed in two levels: A first level to perform position and attitude coarse control of the formation as a whole, and a second level to achieve accurate position and control of each agent of the cluster. For the purpose of attitude control, and taking advantage again of the similarities between a tethered cluster and a rigid body, the virtual structure approach is chosen as the most suitable option. The formulation shown in this thesis augments the general virtual structure equations valid for a static formation by adding the kinematics of a spinning formation, since the original formulation is valid only to achieve a static final state. The controller is designed to modify the spin rate and the moment of inertia of the formation through a reeling mechanism, and therefore to be able to control the Likins-Pringle tilting angle of the cluster. For the derivation of the accurate positioning control law, the study initially discusses different alternatives based on the state of the art of the robotics control literature. After evaluating other alternatives, two control laws are chosen for this application: One based on a PID controller and one based on the sliding mode control technique. For the sliding mode based control, a proof of semi-global exponential stability is provided. Results of a representative simulation assess the viability of the control approach proposed leading to a submillimetric positioning accuracy. / La tesi es centra en l'estudi de la dinàmica i control de formacions de satèl·lits connectats per tethers. Aquestes formacions estan compostes per diversos satèl·lits (agents) connectats per cables (tethers). L'objectiu de la primera part de l'estudi, és l'avaluació de l'efecte de la massa a clústers connectats per múltiples tethers. Degut a la complexitat de les formacions analitzades, l'estabilitat de la formació s'analitza a través de simulacions. S'estudia el comportament pel cas ideal d'orbites circulars, així com en casos no ideals tals com orbites de referència el·liptiques, o moviment sota l'efecte de pertorbacions. La tesi analitza la dinàmica de les formacions per òrbites circulars, mostrant que l'efecte de la massa dels tethers afecta la dinàmica de formacions de geometria tancada (on el perímetre extern esta definit per tethers) amb un satèl·lit central. Aquest efecte dóna lloc a una clara inestabilitat que afecta la posició dels agents respecte a l'objecte central. Aquest efecte no és apreciable en models simplificats on s'ignora l'efecte de la massa al model. Quan es combina una òrbita de referència el·liptica amb un model que incorpora la massa dels tethers, l'efecte més notori és la variació de la velocitat de rotació local del clúster entre el pas per l'apogeu i perigeu de l'òrbita de referència. Aquest efecte té conseqüències sobre l'elongació dels tethers, la forma de les oscil·lacions, i la separació entre tethers adjacents (especialment en el cas de formacions obertes). Quan es té en compte l'efecte de la pertorbació J2, en el cas de formacions orientades envers la Terra, la trajectòria de l'objecte central presenta oscil·lacions d'amplitud creixent en la direcció perpendicular al pla orbital. La segona part de l'estudi es centra en la definició d'una llei de control per regular la posició i orientació d'un clúster amb geometria de doble piràmide orientat envers la Terra. El problema de control es descompon en dos nivells. Un primer nivell per un control primari de posició i orientació del cluster, i un segon nivell per un control de posició precís per a cada agent del cluster. Per tal d'aconseguir el primer nivell de control, i aprofitant les similituds entre un cluster connectat per tethers i un sòlid rígid, s'utilitza la tècnica d'estructura virtual. La formulació utilitzada en aquest estudi amplia el model general d'estructura virtual utilitzat per formacions estàtiques, tot afegint les equacions necessàries per a una formació que gira sobre un eix propi. El controlador esta dissenyat per permetre el canvi de la velocitat de gir i el moment d'inèrcia de la formació a través d'un sistema que permet modificar la longitud dels tethers. D'aquesta forma es permet controlar l'angle d'inclinació de Likins-Pringle del clúster. Per a la definició del control de precisió, l'estudi avalua inicialment diferents alternatives basades en l'estat de l'art de sistemes de control aplicats a robòtica. Després de descartar altres alternatives, es proposen dues lleis de control : Una primera basada en un controlador PID, i una basada en control lliscant. Per l'opció de control lliscant es presenta una demostració d'estabilitat exponencial semiglobal. Els resultats de simulacions confirmen la viabilitat de la solució de control que permet posicionament amb precisió submil·limetrica

Cotutela ICFO-Universitat Politècnica de Catalunya i Institut Fresnel-Université Aix-Marseille / While super-resolution microscopy has brought a significant improvement in nano-scale imaging of molecular assemblies in biological media, its extension to imaging molecular orientation using fluorescence anisotropy has not yet been fully explored. Providing orientational order information at the nano-scale would be of considerable interest for the understanding of biological functions since they are intrinsically related to structural fundamental processes such as in protein clustering in cell membranes, supra-molecular polymerization or aggregation. In this thesis, we propose a super-resolution polarization-resolved microscopy technique able to image molecular orientation behaviors in static and dynamic environments, in order to report structural information at the single molecule level and at nanometric spatial scale. Using direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (dSTORM) in combination with polarized detection, fluorescence anisotropy images are reconstructed at a spatial resolution of a few tens of nanometers. We analyze numerically the principle of the method in combination with models for orientational order mechanisms, and provide conditions for which this information can be retrieved with high precision in biological samples based on fibrillar structures. Finally, we propose an alternative technique based on stochastic fluctuations of single molecules: polarized super-resolution optical fluctuation imaging (polar-SOFI), and compare this approach with the previous one in terms of information gained and spatial resolution. We illustrate both techniques on molecular order imaging in actin stress fibers and tubulin fibers in fixed cells, DNA fibers and insulin amyloid fibrils. / La microscopía de súper resolución ha aportado una mejora significativa en la imagen, a escala nanométrica, de ensambles moleculares en medios biológicos. Sin embargo, su extensión, mediante la utilización de la anisotropía de fluorescencia para la obtención de imágenes de orientación molecular, aún no ha sido explorada a fondo. El proporcionar información sobre la orientación molecular a escala nanométrica es de gran interés para la comprensión de las funciones biológicas. Esta información está intrínsecamente relacionada con la estructura de los ensamblajes de proteínas en las membranas celulares, la polimerización y la agregación supra molecular, entre otros. En esta tesis, proponemos una técnica de microscopía de luz polarizada de súper resolución, la cual permite visualizar el comportamiento de la orientación molecular en ambientes dinámicos y estáticos. El objetivo final es el de poder reportar información estructural a nivel de molécula única y escala espacial nanométrica. Utilizando microscopía de reconstrucción óptica estocástica (dSTORM) en combinación con detección polarizada, las imágenes de anisotropía de fluorescencia son reconstruidas con una resolución espacial de varias decenas de nanómetros. Además, el principio del método ha sido validado numéricamente en combinación con modelos de mecanismos de orientación molecular y delimitando las condiciones en que esta información se puede obtener con una precisión alta en muestras biológicas, principalmente en estructuras fibrilares. Así también, se propone una técnica alternativa basada en la emisión de fluctuaciones estocásticas de moléculas individuales: imagen de polarización con súper resolución de fluctuaciones (polar-SOFI). Además comparamos esta técnica con la anterior, en términos de la información obtenida y la resolución espacial. Finalmente, ilustramos ambas técnicas para la obtención de imágenes del orden molecular de fibras de estrés de actina y tubulina en células fijas, fibras de ADN y fibrillas de insulina amiloide. / Alors que la microscopie super-résolue a apporté une amélioration considérable en imagerie des assemblages moléculaires dans les milieux biologiques à l'échelle nanométrique, son extension à l'imagerie de l'orientation moléculaire, utilisant l'anisotropie de fluorescence, n'a pas encore été complètement explorée. Apporter une information sur l'orientation moléculaire à l'échelle nanométrique aurait un intérêt considérable pour la compréhension des functions biologiques, puisque celles-ci sont fortement reliée à la structure des assemblages de prot éines dans les membranes cellulaires, la polymérisation ou l'aggrégation supramol éculaire par exemple. Dans cette thèse, nous proposons une technique de microscopie super-résolution résolue en polarisation, capable d'imager les comportements d'orientation moléculaire dans des environnements statiques et dynamiques, dans le but de rapporter une information structurale à l'échelle de la molécule unique et à des échelles spatiales nanométriques. En utilisant la microscopie par reconstruction stochastique (dSTORM) en combinaison avec une détection polarisée, des images d'anisotropie de fluorescence sont reconstruites avec une résolution spatiale de quelques dizaines de nanomètres. Nous analysons numériquement le principe de la méthode en combinaison avec des modèles des mécanismes d'orientation moléculaire, et donnons les conditions auxquelles cette information peut être obtenue avec une grande précision dans des échantillons biologiques basés sur des structures fibrillaires. Enfin, nous proposons une technique alternative basée sur l'émission de molécules uniques en fluctuations stochastiques: l'imagerie super-résolue polarisée par fluctuations (polar-SOFI), et comparons cette approche avec la précédente en terme d'information gagnée et de résolution spatiale. Nous illustrons les deux techniques pour l'imagerie de l'ordre moléculaire dans des fibres de stress d'actin et de tubuline dans des cellules fixées, des fibres d'ADN et des fibrilles d'amyloid à base d'insuline.

Human body analysis is one of the broadest areas within the computer vision field. Researchers have put a strong effort in the human body analysis area, specially over the last decade, due to the technological improvements in both video cameras and processing power. Human body analysis covers topics such as person detection and segmentation, human motion tracking or action and behavior recognition. Even if human beings perform all these tasks naturally, they build-up a challenging problem from a computer vision point of view. Adverse situations such as viewing perspective, clutter and occlusions, lighting conditions or variability of behavior amongst persons may turn human body analysis into an arduous task. In the computer vision field, the evolution of research works is usually tightly related to the technological progress of camera sensors and computer processing power. Traditional human body analysis methods are based on color cameras. Thus, the information is extracted from the raw color data, strongly limiting the proposals. An interesting quality leap was achieved by introducing the multiview concept. That is to say, having multiple color cameras recording a single scene at the same time. With multiview approaches, 3D information is available by means of stereo matching algorithms. The fact of having 3D information is a key aspect in human motion analysis, since the human body moves in a three-dimensional space. Thus, problems such as occlusion and clutter may be overcome with 3D information. The appearance of commercial depth cameras has supposed a second leap in the human body analysis field. While traditional multiview approaches required a cumbersome and expensive setup, as well as a fine camera calibration; novel depth cameras directly provide 3D information with a single camera sensor. Furthermore, depth cameras may be rapidly installed in a wide range of situations, enlarging the range of applications with respect to multiview approaches. Moreover, since depth cameras are based on infra-red light, they do not suffer from illumination variations. In this thesis, we focus on the study of depth data applied to the human body analysis problem. We propose novel ways of describing depth data through specific descriptors, so that they emphasize helpful characteristics of the scene for further body analysis. These descriptors exploit the special 3D structure of depth data to outperform generalist 3D descriptors or color based ones. We also study the problem of person detection, proposing a highly robust and fast method to detect heads. Such method is extended to a hand tracker, which is used throughout the thesis as a helpful tool to enable further research. In the remainder of this dissertation, we focus on the hand analysis problem as a subarea of human body analysis. Given the recent appearance of depth cameras, there is a lack of public datasets. We contribute with a dataset for hand gesture recognition and fingertip localization using depth data. This dataset acts as a starting point of two proposals for hand gesture recognition and fingertip localization based on classification techniques. In these methods, we also exploit the above mentioned descriptor proposals to finely adapt to the nature of depth data.%, and enhance the results in front of traditional color-based methods. / L’anàlisi del cos humà és una de les àrees més àmplies del camp de la visió per computador. Els investigadors han posat un gran esforç en el camp de l’anàlisi del cos humà, sobretot durant la darrera dècada, degut als grans avenços tecnològics, tant pel que fa a les càmeres com a la potencia de càlcul. L’anàlisi del cos humà engloba varis temes com la detecció i segmentació de persones, el seguiment del moviment del cos, o el reconeixement d'accions. Tot i que els essers humans duen a terme aquestes tasques d'una manera natural, es converteixen en un difícil problema quan s'ataca des de l’òptica de la visió per computador. Situacions adverses, com poden ser la perspectiva del punt de vista, les oclusions, les condicions d’il•luminació o la variabilitat de comportament entre persones, converteixen l’anàlisi del cos humà en una tasca complicada. En el camp de la visió per computador, l’evolució de la recerca va sovint lligada al progrés tecnològic, tant dels sensors com de la potencia de càlcul dels ordinadors. Els mètodes tradicionals d’anàlisi del cos humà estan basats en càmeres de color. Això limita molt els enfocaments, ja que la informació disponible prové únicament de les dades de color. El concepte multivista va suposar salt de qualitat important. En els enfocaments multivista es tenen múltiples càmeres gravant una mateixa escena simultàniament, permetent utilitzar informació 3D gràcies a algorismes de combinació estèreo. El fet de disposar d’informació 3D es un punt clau, ja que el cos humà es mou en un espai tri-dimensional. Això doncs, problemes com les oclusions es poden apaivagar si es disposa de informació 3D. L’aparició de les càmeres de profunditat comercials ha suposat un segon salt en el camp de l’anàlisi del cos humà. Mentre els mètodes multivista tradicionals requereixen un muntatge pesat i car, i una celebració precisa de totes les càmeres; les noves càmeres de profunditat ofereixen informació 3D de forma directa amb un sol sensor. Aquestes càmeres es poden instal•lar ràpidament en una gran varietat d'entorns, ampliant enormement l'espectre d'aplicacions, que era molt reduït amb enfocaments multivista. A més a més, com que les càmeres de profunditat estan basades en llum infraroja, no pateixen problemes relacionats amb canvis d’il•luminació. En aquesta tesi, ens centrem en l'estudi de la informació que ofereixen les càmeres de profunditat, i la seva aplicació al problema d’anàlisi del cos humà. Proposem noves vies per descriure les dades de profunditat mitjançant descriptors específics, capaços d'emfatitzar característiques de l'escena que seran útils de cara a una posterior anàlisi del cos humà. Aquests descriptors exploten l'estructura 3D de les dades de profunditat per superar descriptors 3D generalistes o basats en color. També estudiem el problema de detecció de persones, proposant un mètode per detectar caps robust i ràpid. Ampliem aquest mètode per obtenir un algorisme de seguiment de mans que ha estat utilitzat al llarg de la tesi. En la part final del document, ens centrem en l’anàlisi de les mans com a subàrea de l’anàlisi del cos humà. Degut a la recent aparició de les càmeres de profunditat, hi ha una manca de bases de dades públiques. Contribuïm amb una base de dades pensada per la localització de dits i el reconeixement de gestos utilitzant dades de profunditat. Aquesta base de dades és el punt de partida de dues contribucions sobre localització de dits i reconeixement de gestos basades en tècniques de classificació. En aquests mètodes, també explotem les ja mencionades propostes de descriptors per millor adaptar-nos a la naturalesa de les dades de profunditat.

La present tesi doctoral correspon a l'estudi i optimització energètica d'una casa solar i bioclimàtica situada en una zona amb clima alpí, on la temperatura mínima exterior és de -12ºC. Es tracta d'un habitatge unifamiliar, situat a la població d'Engordany, al Principat d'Andorra, a 1260 metres sobre el nivell del mar.L'habitatge es va construir els anys 1999 - 2000 amb tots els critèris de sostenibilitat del moment, i s'ha habitat des de llavors.Es tracta d'un edifici solar passiu i actiu, amb col·lectors solars d'aire calent per calefacció i un sistema de terra radiant elèctric de recolzament. No te sistema de refrigeració a l'estiu ja que el propi comportament passiu i el control domòtic de les persianes en funció de la temperatura interior i de la insolació fan que no sigui necessari. La producció d'aigua calenta es fa també amb un sistema solar. S'ha tingut especial sensibilitat en la integració arquitectònica de tots aquests col·lectors.Els càlculs pel disseny passiu de l'edifici s'han fet per simulació tèrmica hora per hora de tot un any amb dades climatològiques reals de la zona.La casa té un sistema domòtic de control, que recull els paràmetres de temperatures internes i externes, funcionament de persianes, equips, enllumenat, etc. Aquestes dades són les que s'han analitzat en la present tesi doctoral per tal d'extreure'n conclusions.S'ha completat amb un estudi termogràfic fet a l'hivern, per tal de veure on hi ha pèrdues tèrmiques, confirmant els resultats de l'estudi teòric.El comportament tèrmic tant a l'estiu com a l'hivern és d'una estabilitat de temperatura interna molt gran, tot i que només funciona la calefacció en hores nocturnes (utilitza tarifa elèctrica nocturna), el que dona un confort elevat.El resultat mesurat realment dóna un consum de calefacció en línia amb l'etiqueta energètica A, de 28,8 kWh/m2·any, que traduït en termes econòmics correspon a 1,35 /m2·any (dades reals hivern 2007-08).La tesi doctoral posa en relleu els punts energèticament millorables, com són sobretot la perfileria de les finestres i les caixes de persiana.Els bons resultats de la casa ens han animat a fer un software de simulació tèrmica d'edificis que faciliti aquesta tasca, per que deixi de ser un treball excepcional per convertir-se en habitual, amb un cost d'enginyeria raonable. Aquest programari es diu www.bioclim.com. / La presente tesis doctoral, corresponde al estudio y optimización energética de una casa solar i bioclimática construida en una zona alpina con temperaturas exteriores de -12ºC. Se trata de una vivienda unifamiliar, situada en la población de Engordany, en el Principado de Andorra, a 1260 metros sobre el nivel del mar.La vivienda se construyó entre los años 1999 y 2000 con todos los criterios de sostenibilidad y ha estada habitada desde entonces.Es una casa solar pasiva y activa, con paneles solares de aire caliente para calefacción y un sistema de suelo radiante eléctrico de apoyo. No tiene sistema de refrigeración para el verano ya que el propio comportamiento pasivo y el control domótico de la persianas en función de la temperatura interior e insolación lo hace innecesario. La producción de agua caliente se hace también a través de energía solar. Se tuvo especial interés en la integración arquitectónica de todos los colectores solares.Los cálculos para el diseño pasivo de la casa se han hecho por simulación térmica hora por hora de todo un año, utilizando datos climatológicos reales de la zona.Dispone de un sistema domótico de control que además recoge los valores de todos los parámetros utilizados de temperaturas internas y externas, funcionamiento de persianas y equipos, iluminación, etc. Estos datos son los que se han utilizado y explotado para realizar la presente tesis doctoral y sacar las debidas conclusiones.Se completó con un estudio termográfico en invierno, que confirma los resultados del estudio teórico.El comportamiento térmico tanto en verano como en invierno es de una estabilidad de la temperatura interna muy grande, teniendo en cuenta que la calefacción solo funciona en horas nocturnas (usa tarifa eléctrica horaria), cosa que da un elevado confort.El resultado según mediciones reales, da un consumo de calefacción en línea con los edificios de etiqueta energética A, de 28,8 kWh/m2·año, que en términos económicos representa 1,35 /m2·año (datos reales del invierno 2007-08).La tesis doctoral pone en relieve los puntos mejorables energéticamente, como son sobretodo los perfiles de las ventanas y las cajas de persiana.Los buenos resultados de la casa nos animaron a desarrollar un software de simulación térmica de edificios, www.bioclim.com, que facilite el trabajo, con el objetivo que deje de ser una tarea excepcional para convertirse en habitual con costos de ingeniería reducidos. / This doctorate thesis is a study of getting the best out and improving of a bioclimatic, solar energy house situated in a mountain climate where the minimum outside temperature is -12ºC. It's a house situated in village called Engordany, in the Principality of Andorra, 1260 metres above the sea-level.The house was built between 1999 and 2000 with all the criterion of self maintenance available at the time and has been lived in ever since.It is a solar building that is both active and passive, with hot air collectors and a backup system of under floor heating in the form of electric wiring. In the summer, a cooling system in the form of air conditioning is totally unnecessary due to the passive action of the system. External blinds acting as shutters are automatically controlled according to sunshine and interior temperatures. The hot water production is also made by solar energy.Special care has been taken in the architectural integration of all this energy collectors.The research contributing to the passive design of the building was to use actual climatological information of the area to create a simulation of the hourly heat gains and losses during a whole year.Finalised with a thermografic study to discover where the heat losses are found, confirming the results of the theoretical study.The house has domòtic control which measures and collect internal and external temperatures, works blinds, shutters, control all electrical devicesand lighting, .These are the facts that have been analyzed in this doctoral thesis to come to the following conclusions.The thermal performance both in summer and winter means that even though the traditional heating system only works during the night hours (using the nocturnal electricity rates), the stability of the temperature interior is enormous and of great comfort.The results taken are in line with the A Energetic Label, with a consumption of 28,8 kWh/m2 a year, converted into economic terms means 1,35 per m2 a year, real figures from winter 2007-08.This doctorate thesis reveals where improvements can be made to save energy, especially windows frames and shutters (boxes of shutters).The positive results from the house have encouraged us to make software to simulate thermal buildings which make this task easier. It will no longer be an exceptional task but a usual one without the high engineering costs.This software is called www.bioclim.com. / La présente thèse doctorale correspond a l'étude d'optimisation énergétique d'une maison solaire et bioclimatique située dans une zone de climat alpin, où la température minimale extérieure est de -12ºC. Il s'agit d'une maison individuelle, située à la ville d'Engordany, dans la Principauté d'Andorre, à 1260 mètres d'altitude.La maison a été construite dans les années 1999-2000 avec tous les critères de durabilité du moment. Depuis, elle est habitée.Il s'agit d'un bâtiment solaire passif et actif, avec des collecteurs solaires d'air chaud pour chauffage et un système de plancher chauffant électrique à l'appui.A l'été, il n'y a pas de système de réfrigération puisque le propre comportement passif et le contrôle domotique des persiennes en fonction de la température intérieure et de l'insolation, font que cela ne soit pas nécessaire. La production d'eau chaude se fait aussi avec un système solaire. On a eu une sensibilité spéciale dans l'intégration architectonique de tous ces collecteurs.Les calculs pour la conception passive du bâtiment ont été faits par simulation thermique dynamique avec des données climatologiques réellesde la zone.La maison a un système domotique de contrôle, qui intègre: les températures internes et externes, le fonctionnement des persiennes, des équipes, de la mise en marche, etc. Ces données sont celles qui ont été analysées dans la thèse doctorale pour en tirer des conclusions.Il a été complété avec une étude thermographique, réalisée pendant l'hiver, pour repérer les déperditions thermiques, et confirmant les résultats de l'étude théorique.Le comportement thermique, aussi bien a l'été qu'à l'hiver, est caractérisé par une grande stabilité de température interne, faisant que le chauffage ne fonctionne que pendant des heures nocturnes (utilisation du tarif électrique nocturne), ce qui donne un confort élevé.Le résultat réellement mesuré donne une consommation de chauffage en ligne avec l'étiquette énergétique A, de 28,8 kWh/m2·année, ce qui transcrit en termes économiques correspond à 1,35 /m2·année (données réelles hiver 2007-08)La thèse doctorale met en relief les points énergétiques à améliorer, comme le sont surtout le bâti des fenêtres et les caissons d'enroulement. Les bons résultats de la maison nous ont encouragé à développer un logiciel de simulation thermique de bâtiment qui facilite cette tâche, afin qu'elle cesse d'être un travail exceptionnel pour devenir habituel, sans un coût d'ingénierie élevé. Le logiciel s'appelle www.bioclim.com.

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