Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Tesis:
Study, design and validation of a framework model for smoke and particle-filled atmospheres
Año:2017
Áreas de investigación
  • Tecnología electrónica y de las comunicaciones,
  • Instrumentación electrónica,
  • Dispositivos sensores
Datos
Descripción
Esta tesis aporta una serie de contribuciones para facilitar el desarrollo futuro de dispositivos capaces de solventar los riesgos y problemas asociados a ceguera temporal. En primer lugar se da una visión general de concepto desde una perspectiva de teledetección. Se analiza el estado del arte de varias tecnologías en uso hoy en día en aplicaciones relacionadas con la pérdida de visión en entornos exigentes. A continuación se estudian los aspectos teóricos y prácticos de distintos tipos de señal y su aplicación a los sistemas de visión artificial, analizando su adecuación a la obtención de imágenes en medios tales como las atmósferas con partículas en suspensión. Se definen dos casos de estudio, uno relacionado con operaciones de extinción de incendios y el otro con operaciones subacuáticas de baja visibilidad. La caracterización del medio perturbador se identifica como la piedra angular en la modelización de la propagación de la señal a través de atmósferas con partículas en suspensión. En ese sentido, se realiza un análisis en profundidad del humo como medio de propagación. Se caracteriza el humo como una suspensión de partículas en una atmósfera con una cantidad variable de productos de combustión. Además, se estudia junto con sus características principales: tamaños de partícula, propiedades ópticas, movimiento, etc. Se define un conjunto de parámetros válido para alimentar un modelo. A continuación se generalizan esas características a otros entornos -como aguas turbias-, aunque el presente trabajo se centre en atmósferas con humos. Con el medio completamente caracterizado, es posible crear un modelo de Monte Cario basado en eventos para describir las interacciones entre una radiación electromagnética incidente y una atmósfera con partículas en suspensión. El modelo está concebido como un modelo marco: es posible simular una amplia variedad de entornos con partículas en suspensión de tipos y propiedades arbitrarias sin grandes cambios. Se incluye también la definición del entorno espacial. A pesar de estar inicialmente pensado para longitudes de onda ópticas y de infrarrojos, es posible generalizar el modelo a otras partes del espectro. Este modelo, junto con la metodología de caracterización del medio, suponen la contribución original principal de la presente Tesis Doctoral. A continuación, se presenta y se discute la implementación del modelo en una arquitectura con alto grado de paralelización. Se realiza también la identificación de sumideros de rendimiento, y se analiza el hardware subyacente para la optimización del rendimiento. Se llevan a cabo dos estrategias de implementación, extrayendo consejos prácticos para maximizar la efectividad de las optimizaciones implementadas. La vasta cantidad potencial de datos generados por el modelo hace conveniente la existencia de algún tipo de herramienta para el análisis rápido y la explotación de los resultados obtenidos. En este marco se ha desarrollado una herramienta de visualización gráfica como prueba de concepto y que ha resultado ser de gran utilidad práctica. Finalmente, se diseñó y construyó un experimento para la validación del modelo con pruebas reales. Se explora también el flujo de trabajo necesario para conseguir el diseño rápido de un instrumento coste-efectivo para la realización de los experimentos. Para ello se usaron técnicas de diseño avanzado como el diseño paramétrico. El instrumento se fabricó usando técnicas de fabricación aditiva (impresión en 3D), incluyendo un método original para inyectar y confinar el medio en una cámara construida a propósito. Adicionalmente, se diseñó y probó un procedimiento para crear atmósferas estables y reproducibles a nivel microscópico usando microesferas calibradas. Se realizaron varios experimentos de los cuales se obtuvieron los pertinentes resultados. En esta primera fase se obtuvieron datos cualitativos que mostraban buena correlación entre las simulaciones y los experimentos.
Internacional
No
ISBN
Tipo de Tesis
Doctoral
Calificación
Sobresaliente cum laude
Fecha
27/04/2017
Esta actividad pertenece a memorias de investigación
Participantes
  • Director: M. Luisa Lopez Vallejo (UPM)
  • Autor: José María nadal serrano
Grupos de investigación, Departamentos, Centros e Institutos de I+D+i relacionados
  • Creador: Grupo de Investigación: Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI)
  • Centro o Instituto I+D+i: Centro de I+d+i en Procesado de la Información y Telecomunicaciones
  • Departamento: Ingeniería Electrónica
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