En aquesta tesi ens centrem en les discapacitats d’origen neurològic. Segons l'OMS, les malalties d'origen neurològic són una de les principals causes de càrrega de malaltia al món. En aquesta tesi es fan servir dues poblacions de pacients: les persones que pateixen lesions medul·lars (LM) i les persones que pateixen dany cerebral adquirit (DCA). Ambdós conjunts de dades han estat proporcionats amablement per l'Institut Guttmann. Més específicament, treballem en quatre dominis de predicció per als pacients amb discapacitats neurològiques: funcions emocionals i urinàries de persones amb LM, i funcions emocionals i executives de persones amb DCA. En la rehabilitació de les persones que pateixen de malalties neurològiques, hi ha dues etapes bàsiques: intrahospitalària i extrahospitalària. En la fase intrahospitalària (aguda), els pacients que han patit una lesió traumàtica o no traumàtica resten a l'hospital en procés de rehabilitació. Generalment, després de romandre uns pocs mesos a l'hospital, tornen a casa i comença la fase extrahospitalària. A partir d’aquest moment, els pacients van un cop l'any a l'hospital de rehabilitació per fer una avaluació integral periòdica, i és llavors quan han de complimentar diversos qüestionaris (depenent de la malaltia que pateixen) amb l'objectiu de mesurar la independència funcional i les variables psicològiques i socials. Aquest estudi es centra en la fase extrahospitalària o fase crònica. Aquesta tesi contribueix a la millora de l'estat de l’art dels sistemes de salut en: la falta d'interoperabilitat, la capacitat limitada per a l'anàlisi temporal o poblacional, la capacitat limitada per al pronòstic, i la capacitat limitada per integrar la informació depenent del temps. En particular, en relació amb la interoperabilitat, aquesta tesi proposa un nou sistema de traducció automàtica a les normes internacionals promogudes per l'OMS i una nova ontologia. En quant a la capacitat per a l'anàlisi temporal o de la població, aquesta tesi proporciona un sistema de seguiment amb tècniques de visualització noves, que permet una millor comprensió de l'evolució d'atributs clínics en individus i poblacions. Més específicament, ens dóna una representació gràfica dels estats i la seva evolució, que permet comparar fàcilment les característiques d'un individu amb les de tota la població. Pel que fa al pronòstic, en aquesta tesi s'ha utilitzat el raonament basat en casos (RBC), una tècnica d'intel·ligència artificial que es fonamenta en la solució de situacions noves, aprenent de situacions similars anteriors ja resoltes. A diferència del nostre sistema de seguiment, en els sistemes de pronòstic basats en RBC el pacient objectiu està relacionat amb un petit grup de pacients similars (en lloc de tota la població dels pacients). Aquesta tesi dissenya i desenvolupa un pronòstic basat en casos utilitzant abstraccions temporals (CAPTA), un sistema de pronòstic amb un nou mètode de raonament basat en casos amb resultats prometedors. Finalment, pel que fa al temps, CAPTA integra la naturalesa temporal d'atributs clínics a través d'abstraccions temporals. CAPTA s’avalua i s'aplica experimentalment en quatre dominis de predicció per als pacients amb discapacitats neurològiques. / In this thesis we focus on disabilities of neurological origin. According to the WHO, the diseases of neurological origin are one of the leading causes of burden of disease in the world. Two populations of patients are used in this thesis: people who suffer from spinal cord injury (SCI) and people who suffer from acquired brain injury (ABI). Both datasets have been kindly provided by Institut Guttmann. More specifically, we work in four prediction domains for patients with neurological disabilities: emotional and urination functions of people with SCI, and emotional and executive functions of people with ABI. In the rehabilitation of people who suffer from neurological diseases, there are two basic stages: intra-hospital and extra-hospital. In the intra-hospital (acute) phase, patients who suffered from a traumatic or nontraumatic injury stay in hospital undergoing rehabilitation. After typically a few months in hospital, they return home and the extra-hospital phase starts. Thereafter they go once a year to the rehabilitation hospital for a periodic comprehensive evaluation (PCE), when they are administered several questionnaires (depending on the disease they are suffering from) with the aim of measuring functioning independence, psychological and social variables. This study is focused on the extra-hospital or chronic phase. This thesis contributes to the improvement of the state of the art of healthcare systems by dealing with: lack of interoperability, limited capability for temporal or populational analysis, limited capability for prognosis, and limited capability for integrating time-dependent information. In particular, regarding interoperability, this thesis proposes a new automatic translation system to international standards promoted by the WHO and a new ontology. Regarding the ability for temporal or population analysis, this thesis provides a monitoring system with novel visualization techniques that allows a better understanding of the evolution of clinical attributes in individuals and populations. More specifically, it provides a graphical representation of states and their evolution that permits easily comparing the characteristics of an individual with those of the whole population. With respect to prognosis, in this thesis we have used case-based reasoning (CBR), an artificial intelligence technique based on solving new situations by learning from past similar situations already solved. Unlike our monitoring system, in CBR-based prognosis systems the target patient is related to a small set of similar patients (instead of the whole population of patients). This thesis designs and develops a CAse-based Prognosis using Temporal Abstractions (CAPTA), a prognosis system with a new case-based reasoning method with promising results. Finally, regarding time, CAPTA integrates the temporal nature of clinical attributes through temporal abstractions. CAPTA is applied and experimentally evaluated in four prediction domains for patients with neurological disabilities.

The analysis of human motion from visual data is a central issue in the computer vision research community as it enables a wide range of applications and it still remains a challenging problem when dealing with unconstrained scenarios and general conditions. Human motion analysis is used in the entertainment industry for movies or videogame production, in medical applications for rehabilitation or biomechanical studies. It is also used for human computer interaction in any kind of environment, and moreover, it is used for big data analysis from social networks such as Youtube or Flickr, to mention some of its use cases. In this thesis we have studied human motion analysis techniques with a focus on its application for smart room environments. That is, we have studied methods that will support the analysis of people behavior in the room, allowing interaction with computers in a natural manner and in general, methods that introduce computers in human activity environments to enable new kind of services but in an unobstrusive mode. The thesis is structured in two parts, where we study the problem of 3D pose estimation from multiple views and the recognition of gestures using range sensors. First, we propose a generic framework for hierarchically layered particle filtering (HPF) specially suited for motion capture tasks. Human motion capture problem generally involve tracking or optimization of high-dimensional state vectors where also one have to deal with multi-modal pdfs. HPF allow to overcome the problem by means of multiple passes through substate space variables. Then, based on the HPF framework, we propose a method to estimate the anthropometry of the subject, which at the end allows to obtain a human body model adjusted to the subject. Moreover, we introduce a new weighting function strategy for approximate partitioning of observations and a method that employs body part detections to improve particle propagation and weight evaluation, both integrated within the HPF framework. The second part of this thesis is centered in the detection of gestures, and we have focused the problem of reducing annotation and training efforts required to train a specific gesture. In order to reduce the efforts required to train a gesture detector, we propose a solution based on online random forests that allows training in real-time, while receiving new data in sequence. The main aspect that makes the solution effective is the method we propose to collect the hard negatives examples while training the forests. The method uses the detector trained up to the current frame to test on that frame, and then collects samples based on the response of the detector such that they will be more relevant for training. In this manner, training is more effective in terms of the number of annotated frames required. / L'anàlisi del moviment humà a partir de dades visuals és un tema central en la recerca en visió per computador, per una banda perquè habilita un ampli espectre d'aplicacions i per altra perquè encara és un problema no resolt quan és aplicat en escenaris no controlats. L'analisi del moviment humà s'utilitza a l'indústria de l'entreteniment per la producció de pel·lícules i videojocs, en aplicacions mèdiques per rehabilitació o per estudis bio-mecànics. També s'utilitza en el camp de la interacció amb computadors o també per l'analisi de grans volums de dades de xarxes socials com Youtube o Flickr, per mencionar alguns exemples. En aquesta tesi s'han estudiat tècniques per l'anàlisi de moviment humà enfocant la seva aplicació en entorns de sales intel·ligents. És a dir, s'ha enfocat a mètodes que puguin permetre l'anàlisi del comportament de les persones a la sala, que permetin la interacció amb els dispositius d'una manera natural i, en general, mètodes que incorporin les computadores en espais on hi ha activitat de persones, per habilitar nous serveis de manera que no interfereixin en la activitat. A la primera part, es proposa un marc genèric per l'ús de filtres de partícules jeràrquics (HPF) especialment adequat per tasques de captura de moviment humà. La captura de moviment humà generalment implica seguiment i optimització de vectors d'estat de molt alta dimensió on a la vegada també s'han de tractar pdf's multi-modals. Els HPF permeten tractar aquest problema mitjançant multiples passades en subdivisions del vector d'estat. Basant-nos en el marc dels HPF, es proposa un mètode per estimar l'antropometria del subjecte, que a la vegada permet obtenir un model acurat del subjecte. També proposem dos nous mètodes per la captura de moviment humà. Per una banda, el APO es basa en una nova estratègia per les funcions de cost basada en la partició de les observacions. Per altra, el DD-HPF utilitza deteccions de parts del cos per millorar la propagació de partícules i l'avaluació de pesos. Ambdós mètodes són integrats dins el marc dels HPF. La segona part de la tesi es centra en la detecció de gestos, i s'ha enfocat en el problema de reduir els esforços d'anotació i entrenament requerits per entrenar un detector per un gest concret. Per tal de reduir els esforços requerits per entrenar un detector de gestos, proposem una solució basada en online random forests que permet l'entrenament en temps real, mentre es reben noves dades sequencialment. El principal aspecte que fa la solució efectiva és el mètode que proposem per obtenir mostres negatives rellevants, mentre s'entrenen els arbres de decisió. El mètode utilitza el detector entrenat fins al moment per recollir mostres basades en la resposta del detector, de manera que siguin més rellevants per l'entrenament. D'aquesta manera l'entrenament és més efectiu pel que fa al nombre de mostres anotades que es requereixen.

Independent de si ens fixem en el sector del turisme, de les ciències de la salut o de l'energia per posar alguns exemples, qualsevol tipus d'empresa o institució ha d'afrontar el repte de prendre decisions a partir de l'anàlisi de grans volums de dades. En aquest sentit, les eines de suport per a la presa de decisió s'han convertit en un element indispensable. La metodologia dels mapes conceptuals serveix per ajudar a conceptualitzar un pensament abstracte a partir de posar en comú l'opinió subjectiva dels experts. Durant aquest procés es genera un gran volum de dades que analitzar i discriminar de manera individual per part de tots els experts. Aquesta tesi proposa una millora d'aquesta metodologia per canalitzar la informació d'interès i evidenciar les opinions en consens. Això permet reduir l'espai de solucions dràsticament i, conseqüentment, el procés d'anàlisi es fa més eficient. La proposta s'ha aplicat exitosament en l'àmbit de l'hospitalitat per a respondre la pregunta: ``Quins són els factors que contribueixen en l'excel·lència en l'hospitalitat?'' / Independiente de si nos fijamos en el sector del turismo, de las ciencias de la salud o de la energía para poner algunos ejemplos, cualquier tipo de empresa o institución debe afrontar el reto de tomar decisiones a partir del análisis de grandes volúmenes de datos. En este sentido, las herramientas de apoyo para la toma de decisión se han convertido en un elemento indispensable. La metodología de los mapas conceptuales sirve para ayudar a conceptualizar un pensamiento abstracto a partir de poner en común la opinión subjetiva de los expertos. Durante este proceso se genera un gran volumen de datos que analizar y discriminar de manera individual por parte de todos los expertos. Esta tesis propone una mejora de esta metodología para canalizar la información de interés y evidenciar las opiniones en consenso. Esto permite reducir el espacio de soluciones drásticamente y, consecuentemente, el proceso de análisis se hace más eficiente. La propuesta se ha aplicado exitosamente en el ámbito de la hospitalidad para responder la pregunta: ``¿Cuáles son los factores que contribuyen en la excelencia en la hospitalidad?'' / Regardless if you look at the tourism sector, health or energy sciences to give only a few examples, any company or institution must meet the challenge of making decisions based on the analysis of large volumes of data. In this regard, support tools for decision making have become indispensable. The methodology of concept mapping used in this research proposes an improvement in order to help conceptualize abstract thought from pooling the subjective opinion of experts. During this process, a large volume of data is generated which needs to be analyzed and studied by all the experts. This can dramatically reduce the solution space, and consequently the analysis process becomes more efficient. The proposal has been applied successfully to the field of hospitality to answer the question: ``what are the factors that contribute to excellence in hospitality?''

The present and the future expectation in parallel computing pose a new generational change in simulation and computing. Modern High Performance Computing (HPC) facilities have high computational power in terms of operations per second -today peta-FLOPS (10e15 FLOPS) and growing toward the exascale (10e18 FLOPS) which is expected in few years-. This opens the way for using simulation tools in a wide range of new engineering and scientific applications. For example, CFD&HT codes will be effectively used in the design phase of industrial devices, obtaining valuable information with reasonable time expenses. However, the use of the emerging computer architectures is subjected to enhancements and innovation in software design patterns. So far, powerful codes for individually studying heat and mass transfer phenomena at multiple levels of modeling are available. However, there is no way to combine them for resolving complex coupled problems. In the current context, this PhD thesis presents the development of parallel methodologies, and its implementation as an object-oriented software platform, for the simulation of multiphysics systems. By means of this new software platform, called NEST, the distinct codes can now be integrated into single simulation tools for specific applications of social and industrial interest. This is done in an intuitive and simple way so that the researchers do not have to bother either on the coexistence of several codes at the same time neither on how they interact to each other. The coupling of the involved components is controlled from a low level code layer, which is transparent to the users. This contributes with appealing benefits on software projects management first and on the flexibility and features of the simulations, later. In sum, the presented approaches pose a new paradigm in the production of physics simulation programs. Although the thesis pursues general purpose applications, special emphasis is placed on the simulation of thermal systems, in particular on buildings energy assessment and on hermetic reciprocating compressors. / Las expectativas puestas en el uso de la computación en paralelo plantean un cambio generacional en simulación y computación. Las más modernas instalaciones computacionales de alto nivel -High Performance Computing (HPC)- alcanzan ya la capacidad de realizar gran cantidad de operaciones por segundo -hoy del orden de peta-FLOPS (1e15 FLOPS) y dirigiéndose hacia exaFlops (1e18 FLOPS)-. Esto abre la posibilidad de usar la simulación por ordenador en un amplio espectro de nuevas aplicaciones en ciencia e ingeniería. Por ejemplo, los códigos de CFD&HT van a poder usarse de una forma más efectiva en la fase de diseño de dispositivos industriales ya que se obtendrán resultados muy valiosos en tiempos de ejecución razonables. Por el momento, hay muchos códigos disponibles para el estudio individual de fenómenos de transferencia de calor i de masa con distintos niveles de modelización. Sin embargo, estos códigos no se pueden combinar entre sí para abordar problemas más complejos, en los cuales varios fenómenos físicos interactúan simultáneamente. Bajo este contexto, en esta tesis doctoral se presenta el desarrollo de una metodología de estrategia paralela, y su implementación en una plataforma informática, para la simulación de sistemas multi-físicos. De éste modo, ahora los distintos códigos pueden ser integrados para la creación de nuevas herramientas de simulación destinadas a aplicaciones específicas de interés tanto social como industrial. Esto se hace de una manera intuitiva y simple de manera que los investigadores no tienen que preocuparse ni por la coexistencia de varios códigos simultáneamente ni en cómo hacer que interactúen entre ellos. El acoplamiento entre los diferentes componentes involucrados en una simulación se realiza mediante un código más básico con el cual el usuario solamente interacciona a través de una interfase. Esto aporta interesantes beneficios tanto en la gestión de los proyectos de programario como en la flexibilidad y las características de las simulaciones. En resumen, la estrategia que se propone plantea un nuevo paradigma en la producción de programas de simulación de fenómenos físicos. Aunque la tesis persigue aplicaciones de propósito general se ha puesto especial atención en la simulación de sistemas térmicos, en particular en la evaluación energética de edificios y en compresores herméticos alternativos.

The detailed 3D hydrogeological modelling of sedimentary media that form important aquifers is very complex because of: (1) the natural intrinsic heterogeneity of the geological media, (2) the need for integrating reliable 3D geological models that represent this heterogeneity in the hydrogeological modelling process and (3) the scarcity of comprenhensive tools for the systematic management of spatial and temporal dependent data. The first aim of this thesis was the development of a software platform to facilitate the creation of 3D hydrogeological models in sedimentary media. It is composed of a hydrogeological geospatial database and several sets of instruments working within a GIS environment. They were designed to manage, visualise, analyse, interpret and pre and post-process the data stored in the spatial database. The geospatial database (HYDOR) is based on the Personal Geodatabase structure of ArcGIS(ESRI) and enables the user to integrate into a logical and consistent structure the wide range of spatio-temporal dependent groundwater information from different sources and different formats. A set of applications in the database were established to facilitate and ensure the correct data entry in accordance with existing international standards. The set of analysis tools was developed as an extension of ArcMap environment (ArcGIS).This set of tools was separated into three main modules represented by different toolbars. The first toolbar, termed HEROS, allows the user to exploit the geological data stored in the database and facilitate the generation of 3D geological models. Detailed stratigraphic columns of the selected boreholes can be generated using customized queries. The automatic creation of a geological profile is possible by displaying the borehole lithological columns, the geophysical and geotechnical field-test results, and the defined stratigraphic units.The second toolbar, which is known as QUIMET, is composed of a set of instruments for analysis that cover a wide range of methodologies for querying, interpreting and comparing groundwater quality parameters. They include, among others, chemical time-series analysis, ionic balance calculations, correlation of chemical parameters, and calculation of various common hydrogeochemical diagrams. Moreover, it is also possible to perform a complete statistical analysis of the data including descriptive statistical univariate and bivariate analyses.The last toolbar (HYYH) was designed to analyse and visualise different hydrogeological measurements and hydraulic field test results. Contour maps and further spatial operations of the depth or thickness of the aquifers could be generated using customized queries. Likewise, piezometric maps can be created for the selected points and for the selected period of time with another command included in this toolbar. Additionally, multi-criteria query forms enable the user to analyse and visualise different data and interpretations derived from hydraulic tests. The interpreted data and calculations can be easily stored and consulted in the same platform and can be used to build an updatable model database for further interpretations. Thus, each new study does not have to start from scratch. The second aim of this thesis is to implement this modelling platform in the urban area of Barcelona (NE, Spain) to structure all the available data and to set up a working framework of groundwater resources in terms of both quantity and quality. Concretely, in the Besòs Delta area (NE Barcelona), the integration of the available data into the HYDOR database and the use of the aforementioned instruments and methods allowed us to: 1) delimit the geological units by means of sequence stratigraphic subdivision, 2) generate the 3D facies belt-based model of the Delta built on the basis of this geological characterisation and 3) use this model to constrain the distribution of hydraulic parameters and thus obtain a consistent hydrogeological model. / La modelización hidrogeológica tridimensional de los medios sedimentarios (p.ej. sedimentos aluviales, deltas) que suelen constituir acuíferos importantes es compleja debido principalmente a tres factores: (1) la heterogeneidad natural intrínseca del medio, (2) la necesidad de integrar un modelo geológico tridimensional que represente dicha heterogeneidad adecuadamente en los procesos de modelización hidrogeológica y (3) la escasez de herramientas apropiadas para gestionar grandes cantidades de datos hidrogeológicos espacio- temporales. El primer objetivo de esta tesis ha sido el desarrollo de una plataforma software en un entorno GIS que facilite la realización de modelos hidrogeológicos 3D. Está compuesta por una base de datos geoespacial y un conjunto de herramientas que permiten al usuario gestionar, visualizar, analizar, interpretar y pre-post procesar los datos almacenados en dicha base de datos. El modelo de bases de datos propuesta en esta tesis (HYDOR) se ha implementado en una base de datos geoespacial del tipo Personal Geodatabase (ArcGIS, ESRI) y permite la integración en una estructura coherente y lógica de un amplio rango de tipos de información hidrogeológica procedentes de diversas fuentes y con diferentes formatos. Los diferentes instrumentos desarrollados para explotar los datos almacenados en la base de datos se han creado como una extensión de ArcMap (ArcGIS; ESRI) y se reagrupan formando tres barras de herramientas. La primera barra de herramientas (HEROS) además de facilitarnos el análisis y la interpretación de los datos geológicos almacenados en la base de datos, nos permite generar modelos geológicos tridimensionales. Entre las funciones de dichas herramientas, está la de poder visualizar la información geológica aportada por los sondeos en forma de columna estratigráfica así como la generación automática de perfiles geológicos que muestran las diferentes columnas estratigráficas de los sondeos seleccionados. Información útil como los resultados de los ensayos geofísicos así como las unidades geológicas definidas aparecen también en la pantalla del mismo perfil geológico. Este entorno es óptimo para que el usuario analice y defina las superficies de correlación, las diferentes unidades geológicas y las posibles fallas. Estos elementos espaciales se pueden visualizar en tres dimensiones. Finalmente, otra herramienta nos proporciona la parametrización hidráulica inicial (para el modelo hidrogeológico) de las diferentes unidades geológicas partiendo de las características texturales de las mismas. La segunda barra de herramientas, QUIMET, cubre un amplio rango de metodologías para consultar, interpretar y comparar diferentes parámetros hidroquímicos. Además nos permite desarrollar un análisis estadístico completo en el que se incluyen entre otros, análisis estadísticos univariante, bivariante y generación de matrices de correlación de diferentes compuestos químicos. La última barra de herramientas (HYYH) se ha diseñado para visualizar y analizar los datos hidrogeológicos entre los que se incluyen los procedentes de ensayos hidráulicos. Usando estas herramientas se pueden generar mapas de isolineas y otras representaciones espaciales que nos permitan visualizar la profundidad o el espesor de los acuíferos. Del mismo modo, se pueden obtener mapas piezometricos de los puntos seleccionados para un intervalo de tiempo determinado por el usuario. Finalmente, otra herramienta nos permite consultar las interpretaciones procedentes de ensayos hidráulicos. La información obtenida usando todas estas herramientas, también se almacenan en la base de datos constituyendo de este modo una base para futuras interpretaciones. El segundo objetivo de esta tesis ha sido la aplicación de esta plataforma software en la gestión de los datos disponibles del área urbana de Barcelona (NE de España) obteniendo con ello una herramienta apropiada de gestión de los recursos hídricos de esta zona tanto en términos de calidad como de cantidad. Concretamente en la zona del Delta del Besòs (NE de Barcelona), la aplicación de esta plataforma de gestión nos ha facilitado lo siguiente: (1) la delimitación de unidades geológicas basadas en criterios de estratigrafía secuencial, (2) la generación de un modelo geológico tridimensional de facies basado en dichos criterios estratigráficos, (3) el uso del modelo geológico obtenido par establecer la distribución espacial de los parámetros hidráulicos que nos han servido para generar un modelo hidrogeológico consistenete del complejo deltaico. Este modelo se ha calibrado además con datos incluidos también en la base de datos y que proceden de diversos puntos tanto de gestión como de producción durante de los últimos 100 años. Todo esto ha supuesto una mejora significativa en la caracterización geológica del Delta del Besòs lo que nos ha llevado a mejorar su caracterización hidrogeológica. / La modelització hidrogeològica tridimensional dels mitjans sedimentaris que solen constituir aqüífers importants (p.ex. sediments al·luvials, deltes) és complexa. Això es deu principalment a tres factors: (1) l'heterogeneïtat natural intrínseca del medi, (2) la necessitat d'integrar un model geològic tridimensional que representi adequadament l’heterogeneïtat en els processos de modelització hidrogeològica i (3) l'escassetat d'eines apropiades per gestionar grans quantitats de dades hidrogeològiques espai-temporals. El primer objectiu d'aquesta tesi ha estat el desenvolupament d'una plataforma software en un entorn GIS que faciliti la realització de models hidrogeològics 3D. Està composta per una base de dades geoespacial i un conjunt d'eines que permeten que l’usuari gestioni, visualitzar, analitzi, interpreti i pre-post processi les dades emmagatzemades en la base de dades. El model de bases de dades proposada en aquesta tesi (HYDOR) s'ha implementat en una base de dades geoespacial de tipus Personal Geodatabase (ArcGIS , ESRI), que permet la integració d'un ampli rang de tipus d'informació hidrogeològica procedents de diverses fonts i formats en una estructura coherent i lògica. Les diferents eines desenvolupades per l’explotació de les dades emmagatzemades a la base de dades s'han implementat com una extensió d’ArcMap (ESRI). Aquestes eines es reagrupen en tres barres diferents. La primera barra d'eines, HEROS, ens permet analitzar i interpretar les dades geològiques emmagatzemades a la base de dades, permetent alhora la creació de models geològics tridimensionals. També s'han desenvolupat eines que permeten visualitzar la informació geològica aportada pels sondejos en forma de columna estratigràfica, així com generar automàticament perfils geològics per mostrar diferents columnes estratigràfiques de sondejos preseleccionats. A la pantalla del mateix perfil geològic també apareix informació útil com són els resultats dels assaigs geofísics o les unitats geològiques definides. Aquest entorn és òptim perquè l'usuari analitzi i defineixi les superfícies de correlació, les diferents unitats geològiques i les possibles falles. Els elements espacials definits es poden visualitzar en tres dimensions. Finalment, una altra eina ens proporciona la parametrització hidràulica inicial de les diferents unitats geològiques (per al model hidrogeològic) partint de les seves característiques texturals. La segona barra d' eines, QUIMET, inclou un ampli rang de metodologies de consulta, interpretació i comparació de diferents paràmetres hidroquímics. A més a més, també ens permet desenvolupar un anàlisi estadístic complet en el que s'inclouen, entre altres, anàlisis estadístics univariant, bivariant i generació de matrius de correlació de diferents compostos químics. L'última barra d' eines, HYYH, s'ha dissenyat per a visualitzar i analitzar les dades hidrogeològiques, entre d’altres, els procedents d'assajos hidràulics. Amb aquestes eines es poden generar mapes d'isolínies i altres representacions espacials que permeten visualitzar la profunditat o l'espessor dels aqüífers. De la mateixa manera, es poden obtenir mapes piezomètrics per a un interval de temps i de punts determinats per l'usuari. Finalment, una altra eina ens permet consultar les interpretacions procedents d'assajos hidràulics. La informació obtinguda de totes aquestes eines s'emmagatzema a la base de dades, constituint d'aquesta manera una base per a futures interpretacions. El segon objectiu d'aquesta tesi és l'aplicació d'aquesta plataforma software a la gestió de les dades disponibles de l'àrea urbana de Barcelona (NE de Espanya), obtenint una apropiada eina de gestió dels recursos hídrics d’aquesta zona, tant en termes de qualitat com de quantitat. Concretament a la zona del Delta del Besòs (NE de Barcelona), l'aplicació d'aquesta plataforma de gestió ens ha facilitat (1) la delimitació d'unitats geològiques basades en criteris d’estratigrafia seqüencial, (2) la generació d'un model geològic tridimensional de fàcies basat en aquests criteris estratigràfics i (3) l'ús del model geològic obtingut per a establir la distribució espacial dels paràmetres hidràulics que ens han servit per generar un model hidrogeològic consistenet del complex deltaic. Aquest model s'ha calibrat amb dades incloses a la base de dades i que procedeixen de diversos punts, tant de gestió com de producció, durant els últims 100 anys. Tot això ha suposat una millora significativa de la caracterització geològica del Delta del Besòs, el que ens ha portat a millorar la seva caracterització hidrogeològica.

Models computacionals basats en xarxes a gran escala d'inspiració neurobiològica permeten descriure els correlats neurals de la decisió observats en certes àrees corticals com una transició entre atractors de la xarxa cortical. L'estimulació provoca un canvi en el paisatge d'atractors que afavoreix la transició entre l'atractor neutre inicial a un dels atractors associats a les eleccions categòriques. El soroll present en el sistema introdueix indeterminació en les transicions. En aquest treball mostrem l'existència de dos mecanismes de decisió qualitativament diferents, cadascun amb signatures psicofísiques diferenciades. El mecanisme que apareix a baixes intensitats, induït exclusivament pel soroll, dóna lloc a temps de decisió distribuïts asimètricament, amb una mitjana dictada per l'amplitud del soroll.A més, tant els temps de decisió com el rendiment psicofísic són funcions decreixents de l'estimulació externa. També proposem dos mètodes, un basat en l'aproximació macroscòpica i un altre en la teoria de la varietat central, que simplifiquen la descripció de sistemes estocàstics multistables. / Computational models based on large-scale, neurobiologically-inspired networks describe the decision-related activity observed in some cortical areas as a transition between attractors of the cortical network. Stimulation induces a change in the attractor configuration and drives the system out from its initial resting attractor to one of the existing attractors associated with the categorical choices. The noise present in the system renders transitions random. We show that there exist two qualitatively different mechanisms for decision, each with distinctive psychophysical signatures. The decision mechanism arising at low inputs, entirely driven by noise, leads to skewed distributions of decision times, with a mean governed by the amplitude of the noise. Moreover, both decision times and performances are monotonically decreasing functions of the overall external stimulation. We also propose two methods, one based on the macroscopic approximation and one based on center manifold theory, to simplify the description of multistable stochastic neural systems.

Esta tesis trata sobre algunos avances en técnicas para el análisis, la medición experimental y la simulación numérica de flujos confinados en geometrías complejas. Se han desarrollado e implementado algoritmos de interrogación para PIV de alta velocidad. Especial atención se ha puesto en el tratamiento de la interrogación cerca de las fronteras de la imagen. Para realizar las simulaciones numéricas se ha desarrollado un modelo para flujos 3D que trabaja con mallas curvilíneas estructuradas por bloques. Este modelo ha sido paralelizado utilizando OpenMP. La trilogía de técnicas se ha completado desarrollando una novedosa técnica de premediación condicional basada en fuzzy clustering. Esta técnica permite generar un conjunto de medias condicionadas y analizar a partir de ellas la evolución temporal del flujo. Las tres técnicas se han aplicado en forma integrada al estudio de un caso seleccionado, correspondiente al flujo dentro de un alojamiento de componentes electrónicos.Palabras clave: PIV, Volúmenes Finitos, Fuzzy Clustering, flujos confinados. / This thesis deals with the improvement of techniques for the detailed analysis, experimental measurement and numerical simulation of flows confined within complex geometry. Interrogation algorithms for time resolved PIV were designed and implemented. Special attention was given to the treatment of the near wall portions of the images to ensure appropriate resolution of the boundary layer by proper placement of the displacement vector when the interrogation area overlaps the image boundary. A 3D finite volume solver for the Navier Stokes equations was created. This numerical model works with block structured grids and sliding interfaces, allowing the treatment of rather complex geometries. This solver has been fully parallelised using OpenMP. The set of techniques was completed devising a novel conditional sampling method based on fuzzy clustering for the analysis of large scale dynamics in turbulent flows. A set of ensemble averages is produced and the time evolution of the flow can be analysed through the most probable sequence in time of the conditionally sampled averages. A case study was selected to drive the evolution of these techniques, concerning the flow inside a printed circuit board (PCB) enclosure. Keywords: PIV, Finite Volume, Fuzzy Clustering, confined flows

La Paràlisi Cerebral és la discapacitat motora més comuna durant la infància i consisteix en una alteració de la mobilitat deguda a una lesió en el sistema nerviós central produïda durant l'etapa prenatal, perinatal o infantil. Aquestes lesions, que no són una malaltia, no evolucionen, però les seves conseqüències sí que interfereixen en el desenvolupament de la persona. Les dificultats motores, que solen anar acompanyades en moltes ocasions per problemes sensorials, alteracions en l'atenció, cognició i altres, suposen un handicap per a l'exploració de l'entorn, la participació en les activitats quotidianes i les relacions amb els iguals, que són la base de l'aprenentatge i el desenvolupament. Aquesta tesi, que s'enquadra dins de la disciplina de la Interacció Persona-Ordinador (IPO), se centra en la concepció, aplicació i avaluació de sistemes interactius per a persones amb paràlisi cerebral. En primer lloc fem una revisió de l' estat de l'art en sistemes interactius audiovisuals per a persones amb paràlisi cerebral. A continuació realitzem una proposta de diferents mètodes per a l'anàlisi de la qualitat de la interacció. Després abordem diverses propostes de sistemes interactius basats en visió artificial dissenyats per a persones amb paràlisi cerebral. D'entre aquestes, fem especial èmfasi en una proposta de sistema interactiu audiovisual orientat a persones amb trastorns físics, cognitius i sensorials en graus moderat i sever que ha demostrat ser assequible per a moltes d'aquestes persones i els proporciona una experiència lúdica motivadora, que facilita el treball de certes competències per part dels professionals. / La Parálisis Cerebral es la discapacidad motora más común durante la infancia y consiste en una alteración de la movilidad debida a una lesión en el sistema nervioso central producida durante la etapa prenatal, perinatal o infantil. Estas lesiones, que no son una enfermedad, no evolucionan, pero sus consecuencias sí que interfieren en el desarrollo de la persona. Las dificultades motoras, que suelen ir acompañadas en muchas ocasiones por problemas sensoriales, alteraciones en la atención, cognición y otros, suponen un hándicap para la exploración del entorno, la participación en las actividades cotidianas y las relaciones con los iguales, que son la base del aprendizaje y el desarrollo. Esta tesis, que se encuadra dentro de la disciplina de la Interacción Persona-Ordenador (IPO), se centra en la concepción, aplicación y evaluación de sistemas interactivos para personas con parálisis cerebral. En primer lugar hacemos una revisión del estado del arte en sistemas interactivos audiovisuales para personas con parálisis cerebral. A continuación realizamos una propuesta de distintos métodos para el análisis de la calidad de la interacción. Después abordamos varias propuestas de sistemas interactivos basados en visión artificial diseñados para personas con parálisis cerebral. De entre éstas, hacemos especial énfasis en una propuesta de sistema interactivo audiovisual orientado a personas con trastornos físicos, cognitivos y sensoriales en grados moderado y severo que ha demostrado ser asequible para muchas de estas personas y les proporciona una experiencia lúdica motivadora, que facilita el trabajo de ciertas competencias por parte de los profesionales. / Cerebral Palsy is the most common motor disability in childhood and entails impaired mobility due to damage to the central nervous system just before or during the birth, or during the early childhood. These lesions, which are not a disease, are not progressive, but its consequences interfere with the development of the child. Motor impairments often come with other difficulties such as alterations in attention, cognition, and others. Such deficiencies are a handicap for the exploration of the environment, for the participation in daily activities and for the relationship with peers which are the basis for learning and development. This thesis, which falls within the Human-Computer Interaction (HCI) scope, focuses on the design, implementation and evaluation of interactive systems for people with cerebral palsy. Firstly, we review the state of the art in audio-visual interactive systems for people with cerebral palsy. Secondly, we propose different methods for analysing the quality of the interaction. Finally, we propose several interactive systems for people with cerebral palsy based on computer vision, among which we put special emphasis on an interactive audio-visual proposal aimed at people with physical, cognitive and sensory impairments in moderate and severe degrees. This system proved to be attainable for many of these people and to provide a motivating playing experience that allows professionals to develop some skills on the users.

Els mètodes d’Ajut a la Decisió Multi-Criteri assisteixen en la pressa de decisions implicant múltiples criteris conflictius. Existeixen dos enfocaments principals per resoldre aquest tipus de problemes: els mètodes basats en utilitat i d’outranking, cadascun amb les seves fortaleses i debilitats. Els mètodes outranking estan basats en models d’elecció social combinats amb tècniques d’intel·ligència artificial (com gestió de dades categòriques o d’incertesa). Son eines per una avaluació i comparació realista d’alternatives, basant-se en les necessitats i coneixements del prenedor de la decisió. Una de les debilitats dels mètodes outranking és la no consideració de jerarquies de criteris, que permeten una organització natural del problema, distingint diferents nivells de generalitat que modelen les relacions taxonòmiques implícites entre criteris. En aquesta tesi ens enfoquem en el desenvolupament d’eines d’outranking jeràrquiques i la seva aplicació en casos d’estudi reals per problemes de classificació i rànquing. / Los métodos de Ayuda a la Decisión Multi-Criterio asisten en la toma de decisiones involucrando múltiples criterios conflictivos. Existen dos enfoques principales para resolver éste tipo de problemas: los métodos basados en utilidad y de outranking, cada uno con sus fortalezas y debilidades. Los métodos outranking están basados en modelos de elección social combinados con técnicas de Inteligencia Artificial (como gestión de datos categóricos o de incertidumbre). Son herramientas para una evaluación y comparación realista de alternativas, basándose en las necesidades y conocimientos del tomador de decisión. Una de las debilidades de los métodos outranking es la no consideración de jerarquías de criterios, que permiten una organización natural del problema, distinguiendo distintos niveles de generalidad que modelan las relaciones taxonómicas implícitas entre criterios. En ésta tesis nos enfocamos en el desarrollo de herramientas de outranking jerárquicas y su aplicación en casos de estudio reales para problemas de clasificación y ranking. / Multi-Criteria Decision Aiding (MCDA) methods support complex decision making involving multiple and conflictive criteria. MCDA distinguishes two main approaches to deal with this type of problems: utility-based and outranking methods, each with its own strengths and weaknesses. Outranking methods are based on social choice models combined with Artificial Intelligence techniques (such as the management of categorical data or uncertainty). They are recognized as providing tools for a realistic assessment and comparison of a set of alternatives, based on the decision maker’s knowledge and needs. One of the main weaknesses of the outranking methods is the lack of consideration of hierarchies of criteria, which enables the decision maker to naturally organize the problem, distinguishing different levels of generality that model the implicit taxonomical relations between the criteria. In this thesis we focus on developing hierarchical outranking tools and their application to real-world case studies for ranking and sorting problems.

El disseny del llenguatge Java, que inclou aspectes importants com són la seva portabilitat i neutralitat envers l'arquitectura, les seves capacitats multithreading, la seva familiaritat (degut a la seva semblança amb C/C++), la seva robustesa, les seves capacitats en seguretat i la seva naturalesa distribuïda, fan que sigui un llenguatge potencialment interessant per ser utilitzat en entorns paral·lels com són els entorns de computació d'altes prestacions (HPC), on les aplicacions poden treure profit del suport que ofereix Java a l'execució multithreaded per realitzar càlculs en paral·lel, o en entorns e-business, on els servidors Java multithreaded (que segueixen l'especificació J2EE) poden treure profit de les capacitats multithreading de Java per atendre de manera concurrent un gran nombre de peticions.No obstant, l'ús de Java per la programació paral·lela ha d'enfrontar-se a una sèrie de problemes que fàcilment poden neutralitzar el guany obtingut amb l'execució en paral·lel. El primer problema és el gran overhead provocat pel suport de threads de la JVM quan s'utilitzen threads per executar feina de gra fi, quan es crea un gran nombre de threads per suportar l'execució d'una aplicació o quan els threads interaccionen estretament mitjançant mecanismes de sincronització. El segon problema és la degradació en el rendiment produïda quan aquestes aplicacions multithreaded s'executen en sistemes paral·lels multiprogramats. La principal causa d'aquest problemes és la manca de comunicació entre l'entorn d'execució i les aplicacions, la qual pot induir a les aplicacions a fer un ús descoordinat dels recursos disponibles.Aquesta tesi contribueix amb la definició d'un entorn per analitzar i comprendre el comportament de les aplicacions Java multithreaded. La contribució principal d'aquest entorn és que la informació de tots els nivells involucrats en l'execució (aplicació, servidor d'aplicacions, JVM i sistema operatiu) està correlada. Aquest fet és molt important per entendre com aquest tipus d'aplicacions es comporten quan s'executen en entorns que inclouen servidors i màquines virtuals, donat que l'origen dels problemes de rendiment es pot trobar en qualsevol d'aquests nivells o en la seva interacció.Addicionalment, i basat en el coneixement adquirit mitjançant l'entorn d'anàlisis proposat, aquesta tesi contribueix amb mecanismes i polítiques de planificació orientats cap a l'execució eficient d'aplicacions Java multithreaded en sistemes multiprocessador considerant les interaccions i la coordinació dels mecanismes i les polítiques de planificació en els diferents nivells involucrats en l'execució. La idea bàsica consisteix en permetre la cooperació entre les aplicacions i l'entorn d'execució en la gestió de recursos establint una comunicació bi-direccional entre les aplicacions i el sistema. Per una banda, les aplicacions demanen a l'entorn d'execució la quantitat de recursos que necessiten. Per altra banda, l'entorn d'execució pot ser inquirit en qualsevol moment per les aplicacions ser informades sobre la seva assignació de recursos. Aquesta tesi proposa que les aplicacions utilitzin la informació proporcionada per l'entorn d'execució per adaptar el seu comportament a la quantitat de recursos que tenen assignats (aplicacions auto-adaptables). Aquesta adaptació s'assoleix en aquesta tesi per entorns HPC per mitjà de la mal·leabilitat de les aplicacions, i per entorns e-business amb una proposta de control de congestió que fa control d'admissió basat en la diferenciació de connexions SSL per prevenir la degradació del rendiment i mantenir la Qualitat de Servei (QoS).Els resultats de l'avaluació demostren que subministrar recursos de manera dinàmica a les aplicacions auto-adaptables en funció de la seva demanda millora el rendiment de les aplicacions Java multithreaded tant en entorns HPC com en entorns e-business. Mentre disposar d'aplicacions auto-adaptables evita la degradació del rendiment, el subministrament dinàmic de recursos permet satisfer els requeriments de les aplicacions en funció de la seva demanda i adaptar-se a la variabilitat de les seves necessitats de recursos. D'aquesta manera s'aconsegueix una millor utilització dels recursos donat que els recursos que no utilitza una aplicació determinada poden ser distribuïts entre les altres aplicacions. / The design of the Java language, which includes important aspects such as its portability and architecture neutrality, its multithreading facilities, its familiarity (due to its resemblance with C/C++), its robustness, its security capabilities and its distributed nature, makes it a potentially interesting language to be used in parallel environments such as high performance computing (HPC) environments, where applications can benefit from the Java multithreading support for performing parallel calculations, or e-business environments, where multithreaded Java application servers (i.e. following the J2EE specification) can take profit of Java multithreading facilities to handle concurrently a large number of requests.However, the use of Java for parallel programming has to face a number of problems that can easily offset the gain due to parallel execution. The first problem is the large overhead incurred by the threading support available in the JVM when threads are used to execute fine-grained work, when a large number of threads are created to support the execution of the application or when threads closely interact through synchronization mechanisms. The second problem is the performance degradation occurred when these multithreaded applications are executed in multiprogrammed parallel systems. The main issue that causes these problems is the lack of communication between the execution environment and the applications, which can cause these applications to make an uncoordinated use of the available resources.This thesis contributes with the definition of an environment to analyze and understand the behavior of multithreaded Java applications. The main contribution of this environment is that all levels in the execution (application, application server, JVM and operating system) are correlated. This is very important to understand how this kind of applications behaves when executed on environments that include servers and virtual machines, because the origin of performance problems can reside in any of these levels or in their interaction.In addition, and based on the understanding gathered using the proposed analysis environment, this thesis contributes with scheduling mechanisms and policies oriented towards the efficient execution of multithreaded Java applications on multiprocessor systems considering the interactions and coordination between scheduling mechanisms and policies at the different levels involved in the execution. The basis idea consists of allowing the cooperation between the applications and the execution environment in the resource management by establishing a bi-directional communication path between the applications and the underlying system. On one side, the applications request to the execution environment the amount of resources they need. On the other side, the execution environment can be requested at any time by the applications to inform them about their resource assignments. This thesis proposes that applications use the information provided by the execution environment to adapt their behavior to the amount of resources allocated to them (self-adaptive applications). This adaptation is accomplished in this thesis for HPC environments through the malleability of the applications, and for e-business environments with an overload control approach that performs admission control based on SSL connections differentiation for preventing throughput degradation and maintaining Quality of Service (QoS).The evaluation results demonstrate that providing resources dynamically to self-adaptive applications on demand improves the performance of multithreaded Java applications as in HPC environments as in e-business environments. While having self-adaptive applications avoids performance degradation, dynamic provision of resources allows meeting the requirements of the applications on demand and adapting to their changing resource needs. In this way, better resource utilization is achieved because the resources not used by some application may be distributed among other applications.