El presente documento presenta una metodología formal que solventa la necesidad de un estándar de desarrollo de sistemas embebidos con capacidad de prestar servicios Web en un ambiente similar al de internet de las cosas, orientado a la prestación de servicios web. Teniendo en cuenta múltiples factores restrictivos en los sistemas embebidos, se ha establecido el camino para la realización del presente proyecto. La estructura metodológica que dará forma al lineamiento general para solventar esta necesidad se determina a través de una serie de pasos, en los que se establecerá el camino para lograr el cubrimiento de los aspectos más importantes dentro del proceso de desarrollo de hardware y software implicado en un sistema que preste servicios hacia la web.

Esta investigación presenta una propuesta metodológica para la generación de un modelo de estimación de la producción de guayaba, utilizando imágenes satelitales y vehículos aéreos no tripulados (UAV) en la zona de estudio de la provincia de Vélez en el departamento de Santander. Para ello, se implementaron técnicas de análisis fotogramétrico digital, aplicación de algoritmos matemáticos para clasificar información contenida en imágenes y metodologías para la estimación de la producción de guayaba a partir de datos de manejos agronómicos teniendo en cuenta variables climáticas. El análisis de resultados determinó la influencia del manejo agronómico (poda de fructificación/planta) en la variación de la producción presente en diferentes cultivos. Con base en los valores de climáticos y un análisis espacial detallado en cada cultivo, se realizó la generación de un modelo de producción

Esta tesis doctoral estudia el problema de toma de decisiones conocido como programación de tareas (scheduling) en sistemas de servicios, el cual tiene un alcance de nivel operativo, donde las decisiones se deben tomar en un corto plazo y por tanto es necesario contar con métodos que permitan entender como un analista humano podría abordarlo. Esta situación empieza al momento de identificar un problema de programación de tareas, después debe definir una medida de desempeño y posteriormente seleccionar una técnica para resolverlo. Además, dada la complejidad propia de este problema, al ser de orden combinatorio, se suma la complejidad de los sistemas de servicios por características como la intangilidad, heterogeneidad, coproducción y variabilidad, que hace difícil su clasificación y por tanto la identificación de sus problemas. Por otro lado, es usual encontrar que en este proceso no se utilizan herramientas informáticas, ni profesionales relacionados en esta labor, así como el conocimiento acerca de esta función no es sistematizado, por tanto, no se tiene una adecuada gestión del conocimiento de esta función operativa. Para dar una aproximación a este problema, se propone un sistema experto híbrido compuesto por dos subsistemas. El primer subsistema determina el tipo de sistema de servicio y sus principales características de acuerdo con un sector (primario, manufactura, o servicio), a una sección y a una división del CIIU (Código de Clasificación Industrial Internacional Uniforme). El segundo subsistema toma como información de entrada la salida del primero y un conjunto de variables definidas para determinar el tipo de problema de programación de tareas, la medida de desempeño y la técnica de solución recomendada, a través de tres sistemas basados en reglas ejecutados en cascada.

En el presente documento se expone una estrategia para disminuir el fracaso que existe en el proceso de apropiación del conocimiento para soportar la toma de decisiones en organizaciones de producción de bienes y servicios.  Se evidencia la falta de hacer efectivo el conocimiento para obrar y tomar decisiones, es decir no se potencia el uso del conocimiento por deficiencia en el sistema logístico requerido para su apropiación. Se busca mostrar un camino para hacer que las organizaciones se provean de inteligencia por lo que se propone la utilización de un sistema de aprendizaje organizacional, basado en el diseño de un operador de integración logística de conocimiento construido a partir de la unión sinérgica de sistemas de gestión de conocimiento y de sistemas de soporte a la decisión.

A nivel mundial la regulación para la prestación del servicio de acueducto está basada en costos del servicio por parte de la empresa (sobre todo en la demanda futura), los cuales son indicadores para calcular insumos y costos de producción del bien y del servicio. La eficiencia, suficiencia financiera y presupuestal depende en gran medida de la exactitud de las mediciones y proyecciones determinadas para un entorno de mercado. La suficiencia financiera se centra en proyecciones de costos y tasas de descuento que remuneren las inversiones. Para responder a estas exigencias y a las distorsiones socioeconómicas regionales dentro de un proyecto de investigación científica, se propuso la creación de un modelo para regular el sector de agua potable en escenarios de equilibrio inestable que considerara criterios de solidaridad y orientara la priorización de inversiones eco-ambientales, para ello se plantearon dos (2) posibles herramientas de pronóstico entre el periodo 2006 – 2040 para la ciudad de Bogotá como modelo: la primera (1), redes neuronales y la segunda (2), series de tiempo, de las cuáles solo la segunda generó resultados validables encontrando que: los estratos 1 y 2 muestran incrementos en la demanda, mientras que los estratos 3, 4, 5, 6 y el sector comercial tienden a decrecer en su consumo.

Los sistemas para la gestión de energía en el hogar (HEMS), han empezado a desempeñar un papel importante en el nuevo contexto energético, debido a la modernización de los sistemas de generación, transmisión, distribución e instalaciones eléctricas de usuarios finales, y a la incorporación de las fuentes de energía renovable en el hogar. Esto contribuye favorablemente en aspectos técnicos, económicos, sociales y ambientales a la mejora de las condiciones de operación para los usuarios residenciales y para el sistema energético en su conjunto, pues permiten realizar operaciones para el monitoreo, supervisión y control de los dispositivos que se conectan en el hogar, permitiendo realizar gestión de los mismos para implementar programas de ahorro de energía en tiempo real y de autogeneración con el fin de implementar estrategias de gestión activa de la demanda (GAD) de energía. La presente tesis doctoral aborda la gestión de la energía eléctrica domiciliaria según las necesidades del usuario residencial y en concordancia con el entorno, con el fin de aportar a la operación integral del sistema eléctrico con nuevos esquemas para el uso de la energía y participando en la toma de decisiones relacionadas con el consumo y/o generación de energía, con fundamento en estrategias para la GAD a partir de cambios en los hábitos de consumo, lo cual convertirá al usuario en un usuario activo. Para ello se propone un prototipo de sistema de gestión de energía eléctrica domiciliaria, el cual se denominó GEDE, que involucra las tecnologías de la información y las comunicaciones para realizar los procesos de medición de energía en las fuentes de alimentación y en los dispositivos que se quieren gestionar, con el fin de transmitir la información por la línea de potencia a un sistema central, para luego procesarla para actividades de supervisión, monitoreo y control en tres modos: manual, semiautomático y automático, los cuales operan con algoritmos de decisión. El anterior prototipo se ha diseñado e implementado teniendo en cuenta el uso de protocolos de comunicaciones estándar en el contexto del Internet de las Cosas. Se otorga especial cuidado al análisis de la variable externa social enfocada a cambios en los hábitos de consumo de energía del usuario activo, con el fin de determinar acciones que involucren su interacción con el sistema eléctrico, incluyendo a un agente que se denomina agregador, quien proporciona los medios para proponer estrategias de gestión activa de la demanda domiciliaria, facilitando la interacción entre el usuario y los mercados energéticos. Para esto se implementó un modelo utilizando técnicas de dinámica de sistemas, que incluye el comportamiento típico de los usuarios y posibles cambios en los hábitos de consumo de energía. Este modelo se aplicó al caso de los usuarios de estrato 4 de la ciudad de Bogotá D.C. En el proceso de la investigación se unieron los elementos descritos anteriormente, y los resultados obtenidos evidencian que la participación del usuario activo es una oportunidad para contribuir con la operación del Sistema Eléctrico Nacional, bien sea como generador de su propia energía o a través de un cambio en los hábitos de consumo, pero que se requieren ajustes en el marco regulatorio nacional para incentivar su participación.

En el presente proyecto se diseñó un modelo de procesamiento paralelo masivo sobre arquitecturas heterogéneas para acelerar y facilitar el tratamiento de k-mers en los procesos relacionados a la construcción de grafos en el ensamble genómico de-novo. El modelo incluye 3 principales aportes: una nueva estructura de datos denominadas CISK para representar de forma indexada y compacta los super k-mers y sus minimizer de una lectura y dos patrones de paralelización masiva, uno para obtener los m-mers canónicos de un conjunto de lecturas y otro para realizar la búsqueda de super k-mers basados en semillas tipo minimizer. Durante el proyecto se realizaron 4 procesos de evaluación: - una evaluación preliminar que permitió determinar que el proceso de ensamblaje de-novo es la etapa más compleja y con mayores requerimientos computacionales de un flujo de trabajo típico de lecturas genómicas y trancriptómicas, - una segunda evaluación que evidenció que las tareas asociados al tratamiento de k-mers son procesos que representan cuellos de botella debido a su alta exigencia de memoria, - una tercera evaluación que proyectó a las técnicas de particionamiento en disco basadas en super k-mers por semillas tipo minimizer como candidatas a potencializarlas mediante computación paralela masiva sobre plataformas heterogéneas, - y por último una evaluación al modelo propuesto que mostró sus ventajas obteniendo un speed-up hasta de 6.69x sobre procesos similares en herramientas contadoras de k-mers muy reconocidas que realizan paralelización en CPU. El código de la implementación del modelo se encuentra disponible en el repositorio https://github.com/BioinfUD/K-mersCL. Esta implementación consta de un código host y dos kernels en OpenCL, uno para minimizer canónicos y otro para signature.

El presente manuscrito de tesis doctoral, “Desarrollo de un modelo de planificación ambiental para la calidad de los recursos hídricos superficiales considerando su variabilidad climática estacional mediante implementación computacional”, en un marco meta cognitivo y en el contexto de la línea de investigación Ciencia y tecnología de la información y conocimiento, establece un modelo de planificación ambiental para la cuencas hidrográficas (cuerpos de agua superficiales). Se mencionan los elementos teóricos de la revisión exhaustiva de la literatura especializada en términos de la conceptualización de la planificación ambiental y biocomplejidad en los recursos hídricos y su escasa integración con la variabilidad climática estacional, los recursos informáticos disponibles como soluciones específicas de hidrología, hidráulica o calidad del agua, pero no integradas entre sí y la escasa aplicación de la ingeniería de sistemas complejos mediante técnicas computacionales en la toma de decisiones en cuencas hidrográficas. En la metodología se menciona, los aspectos para el desarrollo de la tesis doctoral en términos de la estructura metodológica desarrollada, método y diseño de investigación analítico – cuasi experimental con enfoque concurrente, con muestras trimestrales de información secundaria de precipitación y calidad del agua de la cuenca hidrográfica analizada y a su vez realizando la normalización de las variables del modelo para construir un modelo analítico mediante el análisis estadístico de los datos y una identificación del sistema, para posteriormente aplicar la técnica computacional de inteligencia artificial. En los resultados, se expone el desarrollo de la metodología propuesta en términos de análisis de los costos de inversión (para lodos activados, reactores anaerobios y lagunas de oxidación) y selección de tecnologías de las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales en Cundinamarca (función ponderada de agregación de producto); la ingeniería del software como un vehículo para la planificación ambiental en la calidad de los recursos hídricos superficiales considerando la variabilidad climática estacional; normalización de las variables de calidad del agua (método maximizar y minimizar) y precipitación para la planificación ambiental en la calidad de los recursos hídricos superficiales considerando la variabilidad climática estacional; vector de calidad ambiental; el método Delphi y modelo analítico para la planificación ambiental de la calidad de los recursos hídricos superficiales; análisis de correlaciones entre variables de calidad del agua y precipitación (correlaciones del 0.24 entre precipitación y DBO5, 0.20 entre precipitación y N-NO2, 0.010 entre SST y Ptotal); identificación del modelo matemático que representa la cuenca hidrográfica (transformada de laplace) y técnicas de inteligencia artificial para emular la calidad ambiental (minería de datos y red neuronal artificial , algoritmo Levenberg Marquardt con error cuadrático medio de 4.72x10-5 y coeficiente de determinación de prueba de 0.99188). Este documento de tesis, de manera enfática considera los aportes específicos al conocimiento en términos de: Ecuaciones econométricas de costos de inversión para plantas de tratamiento de aguas residuales municipales con las variables caudal, DBO5, SST, N y P; Metodología para la selección de tecnologías con expresión ponderada de agregación de producto o de promedio geométrico ponderado; Normalización de variables DBO5, N -NO2, SST, P Total y Precipitación mediante el método de maximizar y minimizar variables; Integrar la variable precipitación con las variables de calidad del agua DBO5, N -NO2, SST y P Total en un modelo estadístico, matemático y analítico; Aplicación de técnicas de inteligencia artificial para emular el criterio del grupo de expertos en términos de la calidad ambiental mediante minería de datos, lógica difusa, red neuronal artificial y enjambres de partículas; Modelo de implanificación ambiental considerando la variabilidad climática estacional para cuerpos de agua superficiales utilizando minería de datos y red neuronal artificial (algoritmo Levenberg Marquardt).

El presente documento expone el desarrollo de un algoritmo orientado a esquemas de robótica asistencial trabajando en ambientes multiherramientas. Esto se refiere a un robot de tipo antropomórfico que se desenvuelve en un área de trabajo compartida por una persona, a quien asistirá en tareas como entrega de herramientas. Para ello el robot debe identificar qué herramienta desea tomar dentro de un grupo de herramientas, lo que corresponde a una labor de reconocimiento de patrones. Cada herramienta presenta características particulares que deben ser aprendidas mediante un algoritmo de reconocimiento. En este trabajo se expone una dificultad en dicho reconocimiento aún no abordada en trabajos similares y que surgió de los desarrollos propios de robótica asistencial realizados previamente. Al buscar reconocer una herramienta dentro de un grupo, el sistema de reconocimiento de patrones debe aprender las características que exhibe cada herramienta. Típicamente esta tarea se realiza mediante la captura de la imagen del grupo de herramientas por medio de una cámara, desde una posición dada, aprendiendo herramienta por herramienta. Una vez reconocida y ubicada espacialmente la herramienta, se emplean algoritmos de planeación de trayectorias, que por medio de la cinemática del robot, permiten el desplazamiento de su efector final hasta la herramienta, pero si se presenta el caso que en el área de trabajo un usuario interrumpe dicha trayectoria, el robot debe buscar una solución. En la actualidad el camino ha sido detener el robot y esperar a que termine la interrupción, al buscar mejorar esta solución, donde el robot sea capaz de generar la evasión de lo que le obstruye, se debe buscar una nueva trayectoria, desde el nuevo punto en que se halla (robot desplazado) hasta la herramienta. Es aquí donde se presenta el problema de reconocimiento, desde la nueva posición se debe capturar la información de la herramienta para generar el nuevo desplazamiento, donde al cambiar el punto de captura, por cercanía o lejanía, la herramienta presenta más o menos características, lo que varía el grado de reconocimiento desde el punto de aprendizaje inicial, dificultando el reconocimiento y confundiendo las herramientas presentes en la escena. Esta tarea desde puntos estáticos se ha trabajado ampliamente, pero desde esta perspectiva dinámica no presenta aún soluciones, que se hacen necesarias para mejorar la interacción hombre máquina, tal cual como lo hace un ser humano, que cambia la trayectoria a su destino cuando un obstáculo se detecta.

Los sistemas multi-agentes robóticos autónomos (MARS) son modelados y desarrollados para trabajar en procesos dedicados a la navegación en entornos estocásticos, especialmente en localización, planeación y mapeo. Estos procesos hacen uso de modelos de diseño en sistemas centralizados que generan dependencia de una unidad central, siendo esto una limitante para la autonomía de los agentes robóticos. Es por esto que la descentralización de un sistema multi-agente robótico ha sido un área de investigación en los últimos años, ya que permite el control y asignación de tareas distribuidas de manera asincrónica y robusta al no tener la dependencia de una unidad central. Sin embargo, hay áreas en las que no se contempla el proceso de comunicación entre la red generada por los agentes robóticos, creando dependencia en una conexión permanente a las unidades vecinas para realizar los objetivos propuestos. En este trabajo de investigación se describe un modelo descentralizado, que permite la interacción entre los agentes robóticos que componen el sistema y agentes externos, de manera descentralizada, basando su arquitectura de funcionamiento en la tecnología emergente de las redes de sensores inalámbricas (WSN).