Maestría en Ingeniería Electrónica

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http://hdl.handle.net/10554/389

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Sistema de gestión de energía para microrredes incorporando el concepto de sostenibilidad
(Pontificia Universidad Javeriana) Rivera Cárdenas, Nelson Daniel; Correa Florez, Carlos Adrian; Marín collazos, Luis Gabriel; Sarmiento López, Armando; Diez Medina, Rafael Fernando
El acceso a la electricidad tiene un impacto significativo en el desarrollo local, generando beneficios como la reducción de la pobreza y la migración hacia áreas urbanas, el estímulo al desarrollo productivo, y la mejora de acceso a servicios básicos como salud y educación. Las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) se presentan como una solución energética atractiva, especialmente para poblaciones sin acceso a electricidad, promoviendo el uso de recursos renovables con bajo impacto ambiental. Las microrredes eléctricas, compuestas por recursos energéticos distribuidos y cargas controladas, mejoran la confiabilidad y calidad del suministro de energía. En Colombia, el Consejo Internacional de Grandes Redes Eléctricas (CIGRE COLOMBIA) busca homologar el concepto de microrredes, que se define como parte del sistema eléctrico de potencia, integrando fuentes de generación distribuida, sistemas de almacenamiento y cargas controlables, con un sistema de control inteligente que permite su gestión e interoperabilidad. La investigación en sistemas de gestión de energía para microrredes se ha centrado en aspectos técnicos y económicos, pero hay vacíos en cuanto a la sostenibilidad, que es el enfoque central de este trabajo. Se propone desarrollar un sistema de gestión de energía que incorpore el concepto de sostenibilidad en sus dimensiones técnica, económica, social y ambiental.
Detección del parásito leishmania spp. en imágenes microscópicas empleando algoritmos de aprendizaje de máquina
(Pontificia Universidad Javeriana) Contreras Ramirez, Michael Hernando; Suarez Venegas, Daniel Ricardo; Alvarado Rojas, Catalina
La Leishmaniasis es una enfermedad tropical causada por el parásito protozoo del género Leishmania, que es transmitido a través de insectos flebótomos. Estos vectores de transmisión se encuentran en Asia, África y gran parte de América latina. Esta enfermedad puede causar desde lesiones cutáneas como úlceras, destrucción parcial o completa de las membranas mucosas (nariz, boca y garganta) hasta afectar órganos internos como el bazo, el hígado y la medula ósea llevando en casos graves a desenlaces fatales. El método de laboratorio más utilizado para determinar la presencia del parásito en la muestra es mediante visualización directa en frotis de tejido teñidos con algún colorante (examen de frotis directo). Este método se realiza de forma manual por un profesional capacitado y requiere de un lapso amplio de tiempo; por ende, es propenso a presentar errores humanos por fatiga visual, debido a lo dispendioso de dicho proceso. Este estudio propone desarrollar un novedoso sistema aplicando algoritmos de aprendizaje de máquina para la detección del parásito Leishmania spp en imágenes de microscopía, obtenidas de láminas de examen de frotis directos de casos reales con Leishmaniasis cutánea que serán suministradas por el laboratorio clínico de la E.S.E. Hospital Universitario Centro Dermatológico Federico Lleras Acosta. Se inició con la creación de una base de datos compuesta por 500 imágenes microscópicas de examen de frotis directos de pacientes con Leishmaniasis cutánea. Seguido de la implementación de un diseño experimental enfocado en el preprocesamiento de imágenes, donde se identificó una combinación eficaz de técnicas para la reducción de ruido y la segmentación de la imagen, destacando la importancia de una selección adecuada de métodos para optimizar la calidad de la imagen. La segmentación se realizó utilizando métodos clásicos como Otsu y umbral local, además de un enfoque más reciente basado en la iteración de mínimos globales (IGMS). La extracción de características se orientó a la representación fenotípica detallada de los parásitos, y la clasificación se efectuó mediante modelos de aprendizaje de máquina como ANN, SVM y RF. Estos modelos se optimizaron mediante la técnica de búsqueda en cuadricula (Grid Search), resultando en un sistema capaz de distinguir con alta precisión entre parásitos y no parásitos. Este desempeño, se destacó tanto en sensibilidad como en especificidad, presento resultados del 91,87% y del 89,21% respectivamente. Estos resultados fueron comparados con estudios previos, destacando la relevancia y consistencia de la metodología empleada. Finalmente, este trabajo permite validar la hipótesis de que la aplicación de técnicas de aprendizaje de máquina y aprendizaje profundo a futuro puede llegar brindar una herramienta de apoyo en el diagnóstico de la Leishmaniasis cutánea.
Estrategia de control para la concentración de oxígeno disuelto en un biorreactor
(Pontificia Universidad Javeriana) Guerrero Rojas, Diana Ibeth; Ruiz Palacios, Fredy Orlando; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Cotrino Badillo, Carlos
El trabajo de grado presenta dos estrategias de control multivariable para la regulación de la concentración de oxígeno disuelto en un biorreactor agitado a escala de laboratorio. Los controladores manipulan el flujo de aire y la velocidad de agitación en el reactor. Partiendo de un modelo mecanicista que relaciona las variables manipuladas y el coeficiente de transferencia de oxígeno, se obtienen modelos locales linealizados del proceso. Luego, se diseña un controlador de rango medio y un control NMPC para ampliar los rangos de operación de las variables de control para hacer el sistema más estable frente al consumo de microorganismos. Mediante simulaciones se selecciona la estrategia con mejores ventajas en el proceso para implementarla en un biorreactor real. Los resultados muestran que la estrategia puede regular la concentración de oxígeno en una amplia gama de condiciones operativas.
Fusión de mediciones de calidad del aire con las variables meteorológicas para mejorar la estimación espacial de datos en la ciudad de Bogotá
(Pontificia Universidad Javeriana) Moreno Niño, Daniel Ricardo; Méndez Chaves, Diego; Narducci Marín, Margarita Sofía; Giraldo Carvajal, Juan Carlos
Este estudio se enfoca en el desarrollo y la implementación de un nodo de Internet de las Cosas (IoT) diseñado para mejorar la estimación espacial de los datos de calidad del aire en Bogotá. Mediante el aprovechamiento de técnicas de fusión de datos e interpolación, como la regresión lineal multivariable y la estimación espacial de Kriging, nuestra investigación reveló que la temperatura se presenta como una variable uniforme con una capacidad de estimación muy precisa. Unido a lo anterior, nuestro modelo encontró que las variables PM2.5 y PM10 poseen un coeficiente de determinación no despreciable que hace posible la estimación de valores entre ellas. No obstante, identificamos una limitación significativa relacionada con la insuficiencia de estaciones de calidad del aire en Bogotá, lo cual plantea desafíos para la construcción de un modelo de estimación espacial de la contaminación. En respuesta a esta carencia, nuestro prototipo ofrece una solución rentable al reducir considerablemente los costos asociados con las estaciones de contaminación atmosférica existentes en un factor de 200. Este avance presenta implicaciones prometedoras para ampliar la infraestructura de monitoreo y mejorar la precisión en las evaluaciones de la calidad del aire en entornos urbanos.
Caracterización de tamaño del material particulado emitido por motores diésel utilizando dispersión de luz
(Pontificia Universidad Javeriana) Cruz Rangel, David Antonio; Méndez Pinzón, Henry Alberto; Díez Medina, Rafael Fernando; Salcedo Reyes, Juan Carlos; Paez Rueda, Carlos Ivan; Otalora Sanchez, Camilo
La evaluación del tamaño de las partículas se ha vuelto cada vez más importante, particularmente en aplicaciones relacionadas con el control industrial y ambiental. La dispersión dinámica de la luz (DLS), que se centra en la medición de la dispersión de la interacción luz-partícula a lo largo del tiempo, y la dispersión Mie o dispersión estática de la luz (SLS), que mide las intensidades de la dispersión en diferentes ubicaciones espaciales, son técnicas fundamentales en la caracterización de partículas. Este estudio presenta un marco innovador de medición de partículas capaz de implementar técnicas de dispersión de luz tanto DLS como SLS.
Plataforma Wake Up Radio en WSN
(Pontificia Universidad Javeriana) Cabarcas Bravo, Felix Andres; Méndez Chaves, Diego; Perez Cerquera, Manuel Ricardo; Jaramillo Ramírez, Daniel; Puerta, Rafael
Recientemente, los sistemas basados en Wake-up Radio (WuR) han ganado el interés de las instituciones académicas e industriales, dado su ultra bajo consumo de energía durante la escucha de canales y sus características de alta respuesta, que se requieren en varias aplicaciones de redes de sensores inalámbricos (WSN) como el monitoreo ambiental. Sin embargo, en la literatura se han reportado pocas plataformas basadas en WuR para la creación rápida de prototipos y pruebas de nuevas técnicas de WSN sin depender únicamente de herramientas de simulación. En este documento, se presenta una plataforma WSN de código abierto basada en el paradigma WuR, sintonizado para las bandas ISM de 915MHz y 2.4GHz, ContikiOS como sistema operativo y un sistema de monitoreo de energía a bordo para la evaluación del desempeño. Este sistema de gestión de energía diferencia el consumo de energía entre el módulo WuR y el nodo sensor, permitiendo la extrapolación de los resultados, con respecto al consumo de otros prototipos de WuR reportados en el estado del arte. Los resultados experimentales validaron la flexibilidad del sistema propuesto y el interesante potencial de dicha plataforma para la creación de prototipos.
Estimación de nitrógeno y biomasa en cultivos de arroz mediante modelos de aprendizaje automático
(Pontificia Universidad Javeriana) Duque Montenegro, Andrés Felipe; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Julian David, Colorado Montaño; Giraldo Carvajal, Juan Carlos; Hurtado Londono, Jairo Alberto
El uso de imágenes Vehículos Aéreos no tripulados (UAV) para la estimación de biomasa y nitrógeno es un enfoque prometedor para la investigación en agricultura de precisión. Aprovechando la alta resolución espacial y espectral de las imágenes de UAV, los investigadores pueden obtener estimaciones precisas y detalladas de estas importantes variables, proporcionando información valiosa para optimizar las prácticas de gestión y comprender la dinámica de los cultivos de arroz. El modelo de biomasa y nitrógeno en el arroz es una área de investigación importante en seguridad alimentaria, ya que el arroz es un cultivo básico que alimenta a más de la mitad de la población mundial . Estimar con precisión la biomasa y el contenido de nitrógeno en el arroz puede ayudar a optimizar las prácticas de gestión de cultivos, aumentar los rendimientos y reducir el impacto medioambiental. El desarrollo de esta estimación mediante métodos no invasivos, como la estimación de parámetros mediante imágenes multiespectrales permite optimizar los tiempos de estimación y monitorizar el cultivo de forma automatizada. Se han aplicado diferentes técnicas de aprendizaje automático para relacionar los Indices Vegetativos (VIs) con la biomasa y el nitrógeno, entre estas técnicas se encuentran la regresión multivariante lineal y no lineal, máquinas de soporte vectorial SVM y redes neuronales NN, y otras no tan exploradas como árboles de decisión, conjuntos de regresión y los procesos de regresión gaussiana. Este trabajo explora la estimación de biomasa y nitrógeno en 59 parcelas de arroz mediante imágenes multiespectrales capturadas a 20 metros de altura. El experimento pretende 1) Caracterizar los parámetros de biomasa y nitrógeno en diferentes genotipos de cultivos de arroz en el Tolima a partir de las bases de datos del ecosistema Omicas; 2) Implementar diferentes algoritmos de estimación con los datos obtenidos de las imágenes de vehículos aéreos no tripulados de los cultivos del Tolima, y evaluarlos mediante métricas de regresión; 3) Diseñar un modelo de estimación para el comportamiento de la biomasa y el nitrógeno en los cultivos de estudio que integre los parámetros de las etapas fenológicas vegetativa, reproductiva y de maduración; y 4) Evaluar el desempeño del modelo de estimación de biomasa y nitrógeno mediante el cálculo de métricas de regresión obtenidas de la comparación entre los métodos tradicionales de medición y el procesamiento de imágenes.
Detección de variables del suelo para agricultura de precisión en Cundinamarca
(Pontificia Universidad Javeriana) Cuellar Torres, Fredy Alberto; Narducci Marín, Margarita Sofía; Calderón Bocanegra, Francisco Carlos; Yamhure Kattah, German; Giraldo Carvajal, Juan Carlos
En el departamento de Cundinamarca, a nivel nacional o internacional, el recurso del suelo es uno de los más importantes, ya que es un elemento fundamental para la producción agrícola. Pero al no tener suficientes conocimientos de nuevas técnicas, tecnologías para el uso óptimo de recursos, se han generado problemas como baja productividad, erosión, desequilibrio de nutrientes, entre otros. Con el desarrollo de este trabajo de grado se busca realizar un kit de detección que permita medir variables relacionadas con el buen empleo del suelo, tales como: pH, conductividad, iones potasio y iones nitrógeno del suelo, y estos datos se puedan almacenar en la nube para realizar una evaluación de los parámetros más importantes y así permitir que un ingeniero agrícola pueda tomar decisiones y aportar lo necesario a su cultivo. El proyecto busca cumplir con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 12 y 5.
Diseño y validación de un espectrógrafo de bajo costo, para la extracción de características del suelo
(Pontificia Universidad Javeriana) Sacristan Vargas, Juan Esteban; Calderon Bocanegra, Francisco Carlos; Colorado Montaño, Parra Rodríguez
El siguiente trabajo de grado es un estudio realizado al sensor AS7265x para predecir características químicas del suelo como; pH, Matearía Orgánica (Mo), Potasio (K), Magnesio (Mg) y Sodio (Na) entre otras. Se realizo el diseño de un espectrógrafo de bajo costo para realizar mediciones de reflexión en el rango de 400 a 900 nanómetros. También se realizan simulaciones a partir de datos de suelo suministrados por Agrosavia esto con el fin de poder validar el dispositivo diseñado y a su vez validar la hipótesis de que la mayor cantidad de información de estas variables químicas se encuentran dentro del rango de longitud de onda de 400 a 900 nm. Se realizan mediciones de las muestras de suelo con el sensor AS7265x y se estudian diferentes modelos del Aprendizaje de Maquina como regresores y diferentes clasificadores obteniendo bajos resultados tanto en los modelos simulados como en los modelos implementados con los datos adquiridos con el sensor.
Control predictivo para el seguimiento de trayectorias en un exoesqueleto de asistencia en la rehabilitación de movilidad articular en la mano
(Pontificia Universidad Javeriana) Bonilla Betancourth, Daniel Santiago; Alvarado Rojas, Catalina; Colorado Montaño, Julián David; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Calderón Bocanegra, Francisco Carlos
Un accidente cerebrovascular (ACV) puede causar un significativo daño neurológico, afectando al paciente en la pérdida de la función motora de sus manos. La demanda de terapias de rehabilitación son fundamentales, creando una ventana de oportunidades para nuevos dispositivos que asistan en el proceso de rehabilitación. Los dispositivos de rehabilitación para la mano han sido diseñados para proveer terapias de rehabilitación, permitiendo acelerar el progreso al garantizar un trabajo intenso, repetitivo y altamente confiable, a partir del control de movimiento y un constante monitoreo de la condición del paciente. En este documento, se propone el uso de un exoesqueleto robótico para asistir las terapias de rehabilitación de la mano, por medio de un sistema de identificación de gestos y un control predictivo. El trabajo está dividido de la siguiente manera: i) revisión del estado del arte en los ámbitos más relevantes que conciernen al proyecto de investigación, tales como: la anatomía de la mano, adquisición y procesamiento de señales mioeléctricas, sistemas de rehabilitación y controladores. ii) adquisición y procesamiento de señales de electromiografía, donde se utilizan algoritmos de aprendizaje de máquina para identificar el gesto realizado por un usuario, a partir del análisis y procesamiento de las señales musculares obtenidas de sensores de electromiografía. iii) desarrollo de la estrategia de control predictiva. Se obtiene el modelo del actuador, al cual se le aplica el control con los parámetros sintonizados para el seguimiento de trayectorias preestablecidas. iv) estructura mecánica del exoesqueleto. Partiendo de un diseño previo, se realiza un análisis de estrés mecánico para identificar posibles fallas por concentración de esfuerzos y se corrigen al rediseñar la estructura. Al final del documento se encuentran las conclusiones y trabajo futuro que se pueden identificar de los resultados obtenidos del trabajo presente.
Simulacion de la produccion del camaron para la identificacion de riesgos
(Pontificia Universidad Javeriana) Conforme Rosado, Renato Luis; Calderon Bocanegra, Francisco Carlos; Mendoza Ortiz, Javier Camilo
Este documento presenta la experimentación de 4 casos de distribución del alimento para el cultivo de camarón. Las distribuciones están en función de la ubicación de los alimentadores automáticos. Tres casos aplicados en la realidad y un cuarto caso donde se dispone el riego del alimento sobre el cultivo de manera simultánea y uniforme. En una primera etapa se ajusta con éxito la simulación de los tres casos de distribución a la realidad, donde la tendencia de la curva de crecimiento del camarón esta correlacionada con la curva de datos históricos. Una segunda etapa donde se experimenta en 16 configuraciones que están en función de la cantidad de alimento, la densidad de biomasa y la distribución del alimento. La simulación adopta los conceptos de algoritmos genéticos para mejorar la población y lógica difusa como técnica de evaluación del agente para la toma de decisiones frente a la calidad de parámetros físicos-químicos en el ambiente simulado. Los resultados de estas interacciones revelan una reducción en el tiempo simulado del cultivo total de 22 semanas a 14 semanas.
Optimización del modelamiento de la Función de Transferencia Relativa a la Cabeza desde el esquema de representación en Armónicos Esféricos.
(Pontificia Universidad Javeriana) Mora Parga, Christian Rafael; Florez Lozano, Johana María; Vizcaya Guarín, Pedro Raúl
El presente trabajo de investigación aborda la exploración sobre la capacidad de la interpolación como método para reducir la cantidad de datos medidos para una HRTF, esto con el fin de optimizar la metodología ardua del escenario empírico de medición en el laboratorio. Se hizo uso de la base de datos de CIPIC, que son Respuestas al Impulso muestreadas sobre una rejilla equiangular de 1250 coordenadas y medidas sobre un sujeto de prueba con un par de micrófonos en cada oreja. Asimismo, se implementó una rejilla sintética uniformemente muestreada en la esfera elaborada a partir del algoritmo de clasificación no supervisado de K-Medias. Se evaluó la interpolación utilizando los signos binaurales de ITD e ILD, y se evaluó especialmente cada etapa del sistema en términos de los coeficientes de correlación de Pearson, comparando los datos originales con una emulación de estos mismos a partir de interpolación. La transformación en armónicos esféricos toma lugar al final del procesamiento del modelo del sistema presentado aquí; esta también fue evaluada como método de representación de las HRTF en términos de correlación de Pearson, energía espectral y de signos binaurales, esto gracias a que es un método que se ha ido popularizando durante la última década para el procesamiento de las HRTF y que parece tomarse en cuenta y como canon en la comunidad. Se concluyó que la interpolación para sintetizar sobremuestreando es un método efectivo sobre la esfera, sin embargo, está fuertemente supeditado al tipo de rejilla donde se haya medido y a donde se desee llevar, por eso se evaluaron y compararon los efectos de la interpolación sobre la rejilla uniforme contra la rejilla equiangular. Se llegó a la conclusión de que una representación abierta de la esfera es deficiente a la hora de hacerse una representación en armónicos esféricos, por lo que el nivel de representabilidad interaural sintética se compromete. Lo anterior se comprobó utilizando los datos de la Technical University Berlin a parte de los de CIPIC. Este trabajo pretende aportar al conocimiento del campo del DSP (Procesamiento digital de señales) sobre aplicaciones en realidad aumentada y al énfasis de investigación de Procesamiento de Señales e IA de la PUJ, observando los efectos de la interpolación y la transformación en SH para la representación truncada de la HRTF, principalmente utilizando el grado de corrupción o semejanza en términos de los coeficientes de correlación entre las señales generadas por varios métodos de interpolación, representación en dos distintas rejillas de muestreo esféricas y la transformación en SH de los datos originales.
Integración de plantas industriales mediante estándar de comunicación OPC
(Pontificia Universidad Javeriana) Rodriguez Vasquez, Edgar Leonardo; Cotrino Badillo, Carlos Eduardo; Mondragón Bernal, Iván Fernando; Trujillo Arboleda, Luis Carlos
En el trabajo de grado presenta la integración de unas plantas industriales ubicadas en el Laboratorio de Control Automático de ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana. Para esta implementación se recurre principalmente al uso del protocolo de comunicación OPC para integrar un sistema de tanques, un sistema de control de velocidad y una simulación de un sistema de bandas con un sistema de supervisión y control industrial capaz de unificar todas las soluciones de automatización de una planta de procesos.
Sistema para la adquisición de variables de tráfico de peatones y ciclistas
(Pontificia Universidad Javeriana) García Ávila, Sandra Milena; Parra Rodríguez, Carlos Alberto; Méndez Chaves, Diego
En este documento mostrará un sistema para la adquisición de variables de tráfico entre peatones y ciclistas, donde se desarrollar una base de datos de imágenes de peatones y ciclorrutas en Bogotá específicamente, además de diferentes técnicas de procesamiento de imagen para la identificación y clasificación de los objetos de interés, y con ello la estimación de variables de trafico de espaciamiento y velocidad a través de la medición de los vectores de posición y velocidad de los peatones y ciclistas, donde se pueda analizar las regiones de seguridad entre el peatón y el ciclista.
Sistema de gestión de energía de una microrred con fuentes renovables e inclusión de hidrógeno como sistema de almacenamiento en el sector eléctrico colombiano
(Pontificia Universidad Javeriana) Gonzalez Madrid, Juan Carlos; Marín Collazos, Luis Gabriel; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Vuelvas Quintana, Jose Reinaldo
Con el pasar de los días, el hidrógeno se está convirtiendo en un elemento clave para la transición energética de la mayoría de los países, debido a su característica única de no generar gases contaminantes durante su reacción. Uno de sus potenciales usos se basa en la electrificación, por lo que en este proyecto se analizaron los beneficios de su inclusión en una microrred compuesta por generación solar y eólica, complementado por un sistema de baterías. Una vez implementada la planta en Matlab/Simulink, se procedió a integrar el algoritmo de optimización que compone el sistema de gestión de energía, el cuál controla la microrred, y mediante un análisis de sensibilidad de baterías se pudo determinar que, a pesar que los equipos que componen el sistema de hidrógeno poseen un valor inicial elevado, al compararse durante la vida útil de los equipos los costos de sustitución de las baterías compensan la inversión inicial y su inclusión le brinda mejoras en las métricas de desempeño de la microrred.
An intelligent robotic system for classifying plastic bottles
(Pontificia Universidad Javeriana) Hernández Martínez, Wilson Alonso; Martínez Luna, Carol Viviana; Luna Martínez, Carol Viviana; Alvarado Rojas, Colorado Montaño
La cuarta revolución industrial está impactando el papel de los robots en la industria. Los robots existen desde hace 50 años en los procesos de producción. Desde entonces, han ayudado a mejorar los procesos de producción de tal manera que se producen productos de mejor calidad a precios más asequibles. Con la llegada de la cuarta revolución industrial, el papel de los robots está cambiando de robots de fabricación a robots orientados a servicios. Los robots de manufactura se han restringido para su uso en entornos controlados y sin contacto humano, mientras que los robots de servicio se permiten su uso en entornos desconocidos y para interactuar con humanos . De estas ideas nace el concepto Cobot. Los robots colaborativos o Cobots están diseñados para trabajar de forma segura con humanos, no requieren jaulas y pueden interactuar con el operador. Por eso en la Pontificia Universidad Javeriana trabajamos en el proyecto de percepción para robot industrial (PIR). Este buscaba dotar a los robots de dispositivos de percepción para llevar a cabo tareas colaborativas. Para ello se tomó como caso de estudio el centro de acopio de Alquería. La Alqueria se encarga de separar manualmente el material que se recoge de los contenedores de residuos mixtos. Este proyecto se implementó en el Centro Tecnológico de Automatización Industrial (CTAI) utilizando deeplening para detectar botellas de plástico y un robot industrial para agarrar las botellas.
A novel segmentation approach for crop modeling using a plenoptic light-field camera: going from 2D to 3D
(Pontificia Universidad Javeriana) Correa Pinzón, Edgar Steven; Calderon Bocanegra, Francisco Carlos; Colorado Montaño, Julian David; Florez Valencia, Leonardo; Alvarado Rojas, Catalina
Crop phenotyping is a desirable task in crop characterization since it allows the farmer to make early decisions, and therefore be more productive. This research is motivated by the generation of tools for rice crop phenotyping within the OMICAS research ecosystem framework. It proposes implementing the image process- ing technologies and artificial intelligence technics through a multisensory approach with multispectral information. Three main stages are covered: (i) A segmentation approach that allows identifying the biological material associated with plants, and the main contri- bution is the GFKuts segmentation approach; (ii) a strategy that allows the development of sensory fusion between three different cameras, a 3D camera, an infrared multispectral camera, and a thermal multispectral camera, this stage is developed through a complex object detection approach; and (iii) the characterization of a 4D model that generates topological relationships with the information of the point cloud, the main contribution of this strategy is the improvement of the point cloud captured by the 3D sensor, in this sense, this stage improves the acquisition of any 3D sensor. This research presents a development that receives information from multiple sensors, especially infrared 2D, and generates a single 4D model in geometric space [X, Y, Z]. This model integrates the color information of 5 channels and topological information, relating the points in space. Overall, the research allows the integration of the 3D information from any sensor\technology and the multispectral channels from any multispectral camera, to generate direct non-invasive measurements on the plant.
RoboDrummer - Diseño de un robot percusionista utilizando manipuladores robóticos
(Pontificia Universidad Javeriana) Ruiz Guerra, Sergio Miguel; Parra Rodríguez, Carlos Alberto; Parra Rodríguez, Carlos Alberto; Mondragón Bernal, Iván Fernando; Calderón Bocanegra, Francisco Carlos
El problema abordado con este trabajo se centra en implementar una arquitectura de software para permitir que un grupo de manipuladores robóticos interpreten un instrumento musical de percusión, utilizando dos métodos diferentes de planificación de trayectorias implementados.
A novel segmentation approach for crop modeling using a plenoptic light-field camera : going from 2D to 3D
(Pontificia Universidad Javeriana) Correa Pinzón, Edgar Steven; Colorado Montaño, Julian David; Calderon Bocanegra, Francisco Carlos; Florez Valencia, Leonardo; Alvarado Rojas, Catalina
Modelado de un sensor térmico tipo peltier
(Pontificia Universidad Javeriana) Monroy Mendoza, Faindry Julieth; Caicedo Hormaza, Bernardo; Narducci Marin, Margarita Sofía; Otalora Sanchez, Camilo; Perez Cerquera, Manuel Ricardo
El conocimiento de la conductividad térmica en los suelos permite determinar propiedades de diseño importantes para los ingenieros civiles, ambientales, arquitectos y geólogos, dada la complejidad y heterogeneidad de estos materiales es necesario realizar varias medidas para así determinar un valor promedio que se acerque a la realidad del terreno. Es indispensable tener acceso a herramientas de medida confiables, portátiles y económicas que faciliten el estudio de esta propiedad tanto en el laboratorio como in-situ.Este trabajo ofrece el estudio de una alternativa tecnológica para medir la conductividad térmica basado en placas peltier, las cuales tienen cualidades como actuador y sensor que pueden ser altamente explotadas en esta aplicación. La evaluación se centra en modelar un sensor de conductividad térmica usando una placa peltier haciendo uso de la plataforma para análisis de elementos finitos ANSY Workbench y los resultados obtenidos son validados de forma experimental.Ingrese el resumen del trabajo de grado.
Plataforma multisensorial de fenotipado 4D en arroz
(Pontificia Universidad Javeriana) GARCIA RINCON, MANUEL FELIPE; Méndez chaves, Diego; Colorado Montaño, Julián David; Méndez chaves, Diego; Colorado Montaño, Julián David; Gerlein Reyes, Eduardo Andrés; Parra Rodríguez, Carlos Alberto
La agricultura tiene la necesidad de producir cultivos de alto rendimiento, los cuales deben adaptarse al cambio climático y a las diferentes plagas que los atacan en su producción. Para esto, la fenómica ofrece un conjunto de nuevas tecnologías que aceleran el progreso en la comprensión de las características resultantes entre la interacción de genes y condiciones ambientales que rodean a los cultivos, y de esta manera, poder realizar un mejoramiento del mismo. En la fenómica hay dos actores principales necesarios para lograr dicho mejoramiento, uno de ellos es el genotipado y el otro el fenotipado. Dentro del fenotipado, la morfología de las plantas es uno de los tipos más importantes de rasgos a medir, ya que proporciona una forma factible de evaluar el crecimiento, la fisiolog ía, el estrés, el rendimiento y cada desarrollo en la planta. Además, es fundamental para mejorar la caracterización, selección y discriminación de las mismas. Es por eso, que en este proyecto, mediante la fusión sensorial de un LiDAR y una cámara multiespectral, se diseñó e implementó una plataforma de fenotipado que permite extraer y visualizar diferentes caracter ́ısticas morfolo ́gicas de plantas mediante un modelo tridimensional. Para evaluar los resultados obtenidos se realizaron pruebas con dos tipos de plantas que contaban con diferente estructuras en su follaje, donde se evaluó la fidelidad de la reconstrucción 3D y las características morfológicas obtenidas. De lo anterior se encontró que la fusión de información proveniente de sensores 3D y 2D permite generar modelos 4D, que pueden ayudar a la extracción y el entendimiento de características morfológicas en plantas.
Reingeniería del sistema de control de un horno a gas
(Pontificia Universidad Javeriana) Villamizar Lara, Iván Darío; Cotrino Badillo, Carlos Eduardo; Narducci Marin, Margarita Sofia; Colorado Montaño, Julián David
El presente trabajo de grado tenía como objetivo general realizar la reingeniería de un horno de tratamientos térmicos adquirido por la empresa ARVILL SAS que no había podido ser incorporado a las labores productivas de la empresa desde el año 2016 representando una inversión de cientos de millones de pesos colombianos, es por tal motivo que se generó la necesidad de realizar un proceso de reingeniería en el que se identificaran y se presentara solución a las problemáticas que hacían inviable el funcionamiento del equipo, el trabajo de grado se centró en la comprobación y el rediseño de los sistemas de combustión, protección y control del horno, no incluyo la implementación de los cambios propuestos , debido a que fue posible realizar los cambios suficientes tal que el equipo es funcional y fue incorporado a las labores productivas de la empresa en forma inmediata.
Iluminaria Inteligente con tecnología LPWAN
(Pontificia Universidad Javeriana) Tanco Arias, Fabian Mauricio; Pérez Cerquera, Manuel Ricardo; Margarita Narducci, Carlos Ivan Paez Rueda
Este artículo propone la implementación de luminaria inteligente con una red LoRaWAN, realizando dimerización y medición de consumoenergético. El sistema implementado permite reducir el consumo energético, garantizando una autonomía,y a través de la dimerización se logre reducción del consumo energético de una luminaria LED.
Aplicativo para calibrar equipos de medición de torque, tensión DC y presión
(Pontificia Universidad Javeriana) Celis Fiscal, Julian Camilo; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Cano Morales, Martha Lucía; Otalora Sanchez, Camilo
El presente trabajo propone una solución para automatizar los procesos de calibración que se desarrollan actualmente en un laboratorio de metrología privado, en donde se desea mejorar los tiempos de calibración, las condiciones de estabilidad durante los procesos de medición y la reducción de la incertidumbre expandida; esta última es reportada ante los organismos nacionales de acreditación para asegurar que los laboratorios de calibración cumplen con los requerimientos técnicos mínimos según las normativas vigentes y a la vez, determina el nivel de competitividad en la industria. En este sentido, se desarrolla un aplicativo que está constituido por una estructura de software y hardware para el control de los instrumentos de medición que se utilizan en dichos procesos. Por lo tanto, este sistema trabaja gracias a una serie de módulos de programación diseñados en LabVIEW, los cuales permiten una comunicación directa entre la interfaz gráfica del usuario y los sistemas de medición.
Evaluación del desempeño de la impedancia en modelos estructurales de electrodos EEG de tecnología MNA
(Pontificia Universidad Javeriana) Sulez Gómez, Felipe Antonio; Zequera Díaz, Martha Lucía; Pérez Cerquera, Manuel Ricardo; Yamhure Kattah, German; Narducci Marín, Margarita Sofía
El desempeño de la impedancia como parámetro eléctrico en modelos estructurales de electrodos de Electroencefalografía (EEG) es muy importante para adquirir señales biológicas de calidad. Las curvas de impedancia se han medido en simulación en la superficie del cuero cabelludo entre el electrodo y la piel. El comportamiento de la curva de impedancia es de tipo asintótico decreciente en un rango de frecuencia de 0 Hz a 1.5 MHz. Para determinar las variaciones de impedancia, se construyeron 4 modelos de electrodos de matriz de microagujas (MNA), utilizando un método de elementos finitos (FEM). Por lo anterior, los resultados reportados en la literatura científica recomiendan el uso de esta tecnología en aplicaciones biomédicas, debido a la baja impedancia mantenida por los electrodos MNA en el tiempo con relación a los electrodos húmedos estándar. En este sentido, se lleva a cabo la comparación de curvas de impedancia entre el modelo de electrodo FEM y el modelo húmedo estándar. Como resultado, la impedancia entre la piel y el cuero cabelludo es de aproximadamente 7.5 kohms. Se desea que con el uso de la tecnología MNA la media de la impedancia se haya ubicado en el rango de impedancia permisible. Utilizando Ansys Electronics ™, se diseñaron y evaluaron modelos de electrodos MNA, y sus resultados se contrastaron con los principales modelos de la literatura. Además, se identificó que la variación de los parámetros estructurales evaluados conduce a una disminución de la impedancia y permitirá definir una nueva topología de electrodo, que reducirá el valor de la impedancia de acuerdo con los rangos permisibles para la adquisición de EEG y su caracterización recomendada para implementar en aplicaciones de EEG de grabación biomédica.
Beamforming performance assessment for QAM and OFDM modulation schemes in MIMO wireless systems
(Pontificia Universidad Javeriana) Estupiñán Calderón, Darío Alejandro; Puerta Ramírez, Rafael; Jaramillo Ramírez, Daniel
Módulo de adaptación de patrones de movimiento para planificación de trayectorias con fines de rehabilitación de movilidad articular
(Pontificia Universidad Javeriana) Arteaga España, María Vanessa; Alvarado Rojas, Catalina; Colorado Montaño, Julián David
Desarrollo de un módulo de adaptación de trayectorias de movimiento articular de la mano humana a partir de la identificación del estado motor de sujetos sanos, bajo distintos niveles de condición muscular, mediante el análisis de señales EMG, como un primer acercamiento al desarrollo de módulos de generación de trayectorias para el control de exoesqueletos de rehabilitación que se adapten al progreso de pacientes con trastorno motor causados por el ACV.
Evaluación de desempeño de un sistema de radio cognitiva para una red LoRaWAN
(Pontificia Universidad Javeriana) Buitrago Rodil, Carlos Alberto; Pérez Cerquera, Manuel Ricardo
El presente trabajo propone la inclusion de un sistema de radio cognitiva en una LoRaWAN, realizando saltos en las sub-bandas definidas en en el plan de operación asignado a colombia, ademas realizando modificaciones en la potencia de transmision del nodo final. El sistema propuesto implementado permite reducir el consumo energetico del nodo mejorando asi la autonomia y reduciendo la colision de pquetes con otras tecnologias que funcionan en la banda 902-930MHz.
Sistema de gestión de red para internet de las cosas
(Pontificia Universidad Javeriana) Durán Dajud, Miguel Andrés; Trujillo Arboleda, Luis Carlos
El presente documento presenta el diseño de un sistema de gestión de red bajo el modelo de computación en el borde para una red de IoT. Este diseño está basado en modelo de gestión de Internet bajo el protocolo SNMP, para la comunicación entre los dispositivos administrados y una Gateway, el cual se comunica con una aplicación de gestión mediante el uso del protocolo SOAP. El sistema permite realizar el monitoreo y configuración de los dispositivos IoT de manera centralizada a través de un único punto que puede estar ubicado en la nube.
Diseño de un sistema de gestión para baterías de alto rendimiento
(Pontificia Universidad Javeriana) Pico Sanabria, Juan Diego; Patiño Guevara, Diego Alejandro; Ruíz Palacios, Fredy Orlando
El trabajo propone una solución para la gestión del despacho de potencia en baterías de LiFePO4, y la evaluación de su respectivo rendimiento económico al ser utilizado para realizar funciones de regulación de frecuencia en un sistema de potencia. Dicho sistema de potencia se formula como una microrred basada en un caso de estudio estandarizado, para el cual se hacen las derivaciones de los valores de potencia necesarios para la regulación por medio de la comparación con los datos del sistema eléctrico colombiano, del cual también se derivan los precios para el análisis económico del rendimiento de las baterías. Para este propósito se caracteriza un modelo de la batería que permita evaluar el desempeño en potencia de las baterías al entrar en operación. Así mismo se implementa un método de estimación de estado de salud para lograr identificar la viabilidad de la ejecución de esta propuesta.
Predicción de crisis epilépticas mediante teoría de grafos y conectividad funcional
(Pontificia Universidad Javeriana) Peña Campos, Johan Sebastián; Alvarado Rojas, Catalina; Nariño González, Daniel
El comportamiento anormal de redes neuronales causa la ocurrencia de crisis espontáneas y recurrentes, principal síntoma de la epilepsia. La dinámica de estas redes epilépticas y los mecanismos detrás de la generación de las crisis, son temas de gran interés en la comunidad médica y científica, dado que aún no han sido completamente descubiertos ([1], [2], [3]). En el presente trabajo, se hace uso de los datos de la base EPILEPSIAE [4] recolectados de 10 pacientes usando electroencefalogramas intracraneales. Se analizan datos de 8 horas antes de la crisis, con una frecuencia de muestreo de 1024 Hz. Adicionalmente, se usan datos de 5 pacientes del Hospital Universitario San Ignacio (HUSI), correspondientes a un intervalo de 3 horas antes de la crisis a una frecuencia de muestreo de 256 Hz. Para este fin, se propone una metodología en la cual se estudian redes de conectividad que son construidas a partir de medidas de similitud multivariable entre canales de la sincronización cerebral. Estas características se analizan entre todas las posibles combinaciones de los canales para cada una de las bandas cerebrales fisiológicas. Las redes de conectividad construidas, se filtran usando un umbral estadístico. Con las matrices resultantes se calculan las medidas topológicas de la red. Estas medidas son utilizadas para analizar la dinámica de las redes cerebrales, en ventanas de tiempo de 1 minuto, buscando encontrar el marcador cerebral que permita anticipar la ocurrencia de una crisis epiléptica o etapa ictal. Finalmente, estas medidas se usan como variables de entrada a un módulo de aprendizaje de máquina para realizar clasificación automática. Adicionalmente, se estudia la dinámica de la red a lo largo del tiempo, buscando encontrar marcadores que permitan aportar al conocimiento del fenómeno.
Sistema de reconstrucción 3D para proyección en display volumétrico con ayuda de algoritmos estéreo de múltiples vistas
(Pontificia Universidad Javeriana) Lozano Espinosa, Nelson Eduardo; Parra Rodríguez, Carlos Alberto; Flórez Lozano, Jhoanna María; Calderón Bocanegra, Francisco Carlos
El objetivo de este proyecto es el diseño y construcción de un sistema de reconocimiento 3D para la proyección en un display volumétrico con ayuda de algoritmos estéreo de múltiples vistas. Este sistema permite capturar imágenes de objetos no deformables. Entendiendo como objeto no deformable aquel que no sufre ninguna deformación física, producto de la rotación sobre su eje. También permite la reproducción visual real en 3D de los objetos capturados. Las etapas desarrolladas para conseguir la captura y reproducción de la proyección de imágenes en 3D son: 1. El desarrollo de un algoritmo para la adquisición de fotogramas de un objeto real en imágenes (volumétrica) 3D. 2. La construcción de una plataforma de captura de imágenes de vista múltiple 3. Desarrollo de un algoritmo de ensamble 3D partiendo de la base de datos adquirida, en la etapa anterior se reconstruye la imagen (volumetría) en 3D del objeto capturado y aplicación de algoritmos de perfeccionamiento de imágenes mediante la utilización de filtros pasa bajos y otros de mejoramiento de la imagen que resalten características importantes del objeto. 4. Ajuste de la base de datos a partir de la imagen perfeccionada (volumétrica) 3D en el paso anterior, con los cuales se hace la evaluación de las características significativas del objeto. 5. Desarrollo de un algoritmo de comparación de características relevantes del objeto real y la imagen (volumétrica3D) adquirida.
Estudio comparativo entre controladores simplementados en un sistema de energía solar fotovoltaico
(Pontificia Universidad Javeriana) Córdoba Pacheco, Andrés Felipe; Ruiz Palacios, Fredy Orlando
Los archivos que se encuentran en el CD son los resultados del estudio comparativo realizado en un sistema de energía solar entre un sistema de control analógico y un controlador digital, de igual forma, se encuentran los resultados de las simulaciones y archivos de simulación el cual necesita dos programas PSIM y MATLAB. Dado que la tesis no solo fue teórica, también se encuentran los archivos para recrear el hardware con el cual se realizaron las pruebas durante el desarrollo de este, así como imágenes tomadas del procedimiento y los resultados obtenidos.
Predictive controller for load management on isolated photovoltaic power system
(Pontificia Universidad Javeriana) Zamudio Espinosa, Daniel Eduardo; Patiño Guevara, Diego Alejandro
El trabajo de investigación desarrolla un sistema que garantiza el suministro de energía eléctrica en un sistema de generación fotovoltaico asilado de la red de suministro, utilizando teoría de control e identificación de sistemas. El trabajo deja una base para futuros desarrollos en control de cargas y estimación de cantidad energía disponible en este tipo de sistemas.
Sistema aéreo para mapeo y análisis de cultivos usando imágenes multiespectrales
(Pontificia Universidad Javeriana) Rojas Bustos, Juan Pablo; Colorado Montaño, Julián David; Martínez Luna, Carol Viviana
Este trabajo da a conocer el estado del arte relacionado a la generación de mosaicos a partir de imágenes digitales, procesos para la geo-referencia de dichos mosaicos y técnicas usadas para la estimación de biomasa y contenido hídrico, así como la detección de estrés hídrico. Por otra parte, presenta una metodología, así como el conjunto de técnicas usadas y algoritmos propuestos para el desarrollo de un mosaico del cultivo y su geo-referencia, estimación de biomasa y contenido hídrico a partir de imágenes multiespectrales, final mente muestra las diferencias entre los genotipos de arroz IR64 y Línea 23
Design and implementation of a visual-inertial odometry system with visual-inertial sensors on a SoC computational architecture
(Pontificia Universidad Javeriana) Rodríguez Roldán, Juan Manuel; Carrillo Lindado, Henry David; Parra Rodríguez, Carlos Alberto
Diseño e implementación de un algoritmo de odometría visual parcial para el mapeo y localización de un dron en el espacio.
Diseño e implementación de un cargador para cinco baterías de ión de litio a partir de cinco paneles solares
(Pontificia Universidad Javeriana) Rodríguez Mejía, Eduardo; Díez Medina, Rafael Fernando; Perilla Galindo, Gabriel
Diseño e implementación de un cargador para una batería de ión de litio (Li-ion) con capacidad de 48 V a 25 Ah a partir de un panel solar de al menos 200 Wp. La implementación incluirá un algoritmo de perturbar y observar (P&O) para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) y un control PI para el estado de voltaje constante.
Estrategia de control para la concentración de oxígeno disuelto en un biorreactor
(Pontificia Universidad Javeriana) Guerrero Rojas, Diana Ibeth; Ruiz Palacios, Fredy Orlando
Este artículo presenta dos estrategias de control multivariable para la regulación de la Concentración de Oxígeno Disuelto en un biorreactor de laboratorio a escala. Los controladores manipulan el flujo de aire y la velocidad de agitación en el reactor, partiendo de un modelo mecánico que relaciona las variables manipuladas y el coeficiente de transferencia de oxígeno, para obtener modelos locales lineales del proceso. Por lo tanto, los controladores de rango medio y MPC están diseñados para extender los rangos de operación de las variables de control para hacer que el sistema sea más estable contra el consumo del microorganismos. Por último, se selecciona una estrategia con las mejores ventajas en el proceso mediante simulaciones para implementarla en un biorreactor, os resultados muestran que la estrategia puede regular la concentración de oxígeno en una amplia gama de condiciones operativas.
Nonlinear model predictive control for aggressive maneuvers in a variable pitch quadrotor based on the extended modal series method
(Pontificia Universidad Javeriana) Devia Pinzón, Carlos Andres; Patino Guevara, Diego Alejandro; Colorado Montano, Julián David
Este trabaja presenta el diseño y la implementación de un control predictivo basado en las series modales extendidas en un cuadrotor de ángulo de ataque variable.
Diseño e implementación de una aplicación de cifrado de tráfico para una red móvil usando el algoritmo AES-GCM
(Pontificia Universidad Javeriana) Hurtado Espinosa, Fabian Eduardo; Trujillo Arboleda, Luis Carlos
En sistemas de telefonía móvil, la red de transporte o Mobile Backhaul es fundamental en la arquitectura de la red para el proveedor de servicios de internet, ya que esta red actúa como enlace entre la red de acceso de radio RAN (Radio Access Network) y la red troncal. Usualmente las redes de transporte que emplean fibra óptica se consideran seguras por la dificultad en la interceptación de datos, en muchos casos las redes no son de su propiedad, son gestionadas por un proveedor externo o pueden hacer parte de internet, lo cual genera riesgos de seguridad por el acceso público en dichas redes. En este trabajo se formula una optimización en el uso de recursos de hardware y software en los procesos de operación de la red, empleando de una manera más eficiente la capacidad computacional disponible para el proceso de cifrado de datos en la transmisión dentro del ambiente de red de transporte móvil, usando una aplicación de cifrado con AES-GCM desarrollada usando el kit de desarrollo DPDK.

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