http://hdl.handle.net/10366/143099 2026-04-21T20:50:56Z http://hdl.handle.net/10366/170087 [ES] Esta Tesis Doctoral investiga cómo se pueden diseñar y desplegar plataformas modulares y polivalentes de drones aéreos para abordar retos específicos de misiones en la gestión de incendios forestales y la exploración geofísica. A medida que la tecnología de los drones madura, crece significativamente la demanda de plataformas adaptables que admitan diversas cargas útiles, operen en condiciones ambientales variables y proporcionen información específica del dominio. En respuesta a esta necesidad, la investigación presentada en este compendio contribuye con un conjunto de soluciones originales que integran la modularidad mecánica, la flexibilidad de los sensores y el diseño orientado a la misión. El primer estudio presenta PULSAR, una novedosa arquitectura de drones reconfigurable capaz de operar en configuraciones de cuadricóptero, coaxial y octocóptero. Diseñada para la gestión de incendios forestales, la plataforma admite múltiples cargas útiles e incorpora reconocimiento automático de configuración, lo que permite una rápida adaptación a diversas misiones de campo, como la cartografía forestal detallada y la detección y el seguimiento de elementos relevantes. El segundo estudio aplica un dron polivalente equipado con un magnetómetro para actividades de exploración minera en el histórico yacimiento minero de Lavrion, en Grecia. El diseño del dron garantiza la limpieza magnética, la estabilidad de vuelo y la integración eficiente de los sensores, lo que permite realizar estudios de magnetometría aérea precisos y modelos de susceptibilidad en 3D, al tiempo que ofrece la flexibilidad necesaria para admitir otras aplicaciones geofísicas. El tercer estudio ofrece una revisión exhaustiva de la prospección geofísica basada en drones, sintetizando las tendencias en la integración de sensores, los tipos de plataformas y las aplicaciones de campo a lo largo del ciclo de vida de la minería. Presentada como un compendio de tres publicaciones científicas revisadas por pares, esta Tesis Doctoral refleja un enfoque que une el diseño de ingeniería, el despliegue sobre el terreno y la síntesis analítica. En conjunto, los estudios promueven el desarrollo de drones aéreos polivalentes para la vigilancia medioambiental, la exploración de recursos y la gestión tras catástrofes, ámbitos en los que la adaptabilidad, la calidad de los datos y la integración de sensores son fundamentales. En resumen, esta Tesis Doctoral recopila los valiosos conocimientos y la experiencia técnica adquiridos durante el proceso de investigación, consolidados a través de las publicaciones científicas producidas a lo largo de este trabajo doctoral con mención industrial.; [EN] This doctoral thesis investigates how modular and multipurpose aerial drone platforms can be designed and deployed to address mission-specific challenges in wildfire management and geophysical exploration. As drone technology matures, the demand for adaptable platforms that support diverse payloads, operate under varying environmental conditions, and deliver domain-specific insights grows significantly. Responding to this need, the research presented in this compendium contributes with a set of original solutions that integrate mechanical modularity, sensor flexibility, and mission-oriented design. The first study introduces PULSAR, a novel reconfigurable drone architecture capable of operating in quadcopter, coaxial, and octocopter configurations. Designed for wildfire management, the platform supports multiple payloads and incorporates automatic configuration recognition, enabling rapid adaptation to diverse field missions, such as detailed forest mapping and detection and tracking of relevant elements. The second study applies a multipurpose drone equipped with a magnetometer for mineral exploration activities at the historic Lavrion mining site in Greece. The drone’s design ensures magnetic cleanliness, flight stability, and efficient sensor integration, allowing for accurate aerial magnetometry surveys and 3D susceptibility modeling, while also providing the flexibility to support other geophysical applications. The third study offers a comprehensive review of drone-based geophysical prospection, synthesizing trends in sensor integration, platform types, and field applications across the mining lifecycle. Presented as a compendium of three peer-reviewed scientific publications, this dissertation reflects an approach that bridges engineering design, field deployment, and analytical synthesis. Collectively, the studies advance the development of multipurpose aerial drones for environmental monitoring, resource exploration, and post-disaster management, domains where adaptability, data quality, and sensor integration are critical. In summary, this thesis compiles valuable knowledge and technical expertise acquired during the research process, consolidated through the scientific publications produced throughout this doctoral work with industrial mention. 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/166589 [ES] La protección contra explosiones tanto de estructuras como de personas siempre ha supuesto un reto, en ocasiones complicado de tratar y estudiar. En las últimas décadas se ha registrado un aumento en la frecuencia de ataques terroristas y explosiones accidentales, que han incentivado el estudio para la defensa contra estos eventos. La forma más habitual para su estudio consiste en la calibración de modelos numéricos mediante ensayos de campo, para posteriormente poder extrapolar los modelos y explorar mejoras en las estructuras. Estos ensayos tienen un alto coste asociado, especialmente si se pretenden realizar a escala real. En esta tesis se analiza la respuesta estructural de vigas de hormigón armado frente a explosiones cercanas. Para ello, se toman los datos de ensayos de campo del proyecto SEGTRANS. Los ensayos de detonación sobre las vigas se sitúan en unas distancias escaladas entre 0,20 y 0,80 m/kg1/3. Los resultados de estos ensayos se utilizan para validar los modelos numéricos creados, que son simulados en el software computacional LS-DYNA. En todos los modelos se ha recreado el hormigón de la viga mediante elementos finitos, siguiendo una formulación puramente Lagrangiana. Con respecto a la carga explosiva, se han estudiado dos enfoques diferentes para la modelización: Load Blast Enhanced (LBE) y Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). En el primer caso, se han estudiado distintos tamaños de malla para los elementos finitos (10, 15 y 20 mm), y cuatro modelos de material para el hormigón (CSCM, K&C, RHT y Winfrith). Los resultados arrojan cómo el daño sufrido por la viga depende del tamaño de malla, siendo este mayor a medida que los elementos se vuelven más pequeños. En cuanto a los modelos de material, se han encontrado grandes diferencias de comportamiento, tanto en valores absolutos como en los mecanismos de fallo principales para cada modelo. En los modelos que incorporan SPH en la modelización del explosivo, se exploran los mismos mallados de elementos finitos que en LBE, además de tres modelos de material para el hormigón (CSCM, K&C y RHT) y tres números de partículas SPH distintos (800.000, 1.600.000 y 3.200.000). Los resultados muestran la misma relación con el mallado del sólido que en las simulaciones con LBE. Sin embargo, la relación entre el número de partículas SPH que conforma el explosivo y el tamaño de malla demuestra ser de mayor importancia. Al igual que con LBE, se han encontrado diferencias de comportamiento significativas entre los distintos modelos de material. Con el objetivo de guiar a futuros autores que pretendan usar esta metodología, se ha creado un parámetro (Modelling Optimal Parameter, MOP) que relaciona estas dos variables junto con la masa del explosivo, y que permite a los autores obtener el número de partículas SPH recomendado para sus simulaciones. Los modelos numéricos desarrollados han demostrado una alta fiabilidad para reproducir los resultados experimentales. Sin embargo, la complejidad de los fenómenos explosivos y su interacción con las estructuras requiere una investigación continua para mejorar la precisión y aplicabilidad de estas simulaciones.; [EN] [EN] The protection against explosions, both for structures and individuals, has always posed a challenge, often complex to address and study. In recent decades, the frequency of terrorist attacks and accidental explosions has increased, driving research into protection against such events. The most common approach to studying these phenomena involves the calibration of numerical models through field tests, which are subsequently used to extrapolate results and explore structural improvements. These tests are associated with high costs, particularly when conducted at full scale. This thesis analyses the structural response of reinforced concrete beams subjected to near-field explosions. For this purpose, data from field tests conducted within the SEGTRANS project have been used. The detonation tests on the beams were performed at scaled distances ranging from 0.20 to 0.80 m/kg1/3. The results of these tests were employed to validate numerical models, which were simulated using the computational software LS-DYNA. In all models, the concrete in the beam was recreated using finite elements, following a purely Lagrangian formulation. Regarding the explosive load, two different modelling approaches were studied: Load Blast Enhanced (LBE) and Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). In the first case, different mesh sizes for the finite elements (10, 15, and 20 mm) were analysed, along with four material models for concrete (CSCM, K&C, RHT, and Winfrith). The results indicate that the damage sustained by the beam depends on the mesh size, with greater damage observed as the elements become smaller. Concerning the material models, significant behavioural differences were found, both in absolute values and in the primary failure mechanisms for each model. For models incorporating SPH in the explosive modelling, the same finite element meshes as in the LBE approach were explored, along with three material models for concrete (CSCM, K&C, and RHT) and three different numbers of SPH particles (800,000, 1,600,000, and 3,200,000). The results exhibit the same relationship with solid meshing as observed in LBE simulations. However, the relationship between the number of SPH particles representing the explosive and the mesh size proves to be of greater importance. As with LBE, significant behavioural differences were found among the various material models. To assist future researchers using this methodology, a parameter (Modelling Optimal Parameter, MOP) has been developed, which correlates these two variables along with the explosive mass, enabling researchers to determine the recommended number of SPH particles for their simulations. The developed numerical models have demonstrated high reliability in reproducing experimental results. However, the complexity of explosive phenomena and their interaction with structures necessitates ongoing research to enhance the accuracy and applicability of these simulations. 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/166584 [EN] The transition towards more sustainable energy systems requires efficient and renewable solutions, particularly in urban environments where space heating and cooling represent a significant share of total energy consumption. In this context, low-enthalpy geothermal energy emerges as a strategic alternative for supplying District Heating (DH) systems, enabling the reduction of both fossil fuel dependency and greenhouse gas (GHG) emissions. This Doctoral Thesis aims to analyse and optimise geothermal-based DH systems by evaluating the key variables that influence their development, design, and overall feasibility. Three main lines of research have been addressed: I) the economic viability assessment compared to fossil conventional technologies, II) the development of accessible methodologies for system sizing and network planning, and III) the evaluation of the impact of specific improvements on critical system components. The research is structured around four scientific articles, which present replicable tools such as thermal and economic calculation models, Geographic Information Systems (GIS)-based methodologies for optimal site selection, comparative analyses of demand estimation techniques, and redesign proposals for the distribution network using coaxial pipe configurations. The results show that, through accessible tools and without the need for complex technological developments, it is possible to achieve technical and economic performance levels comparable to traditional systems, reinforcing geothermal energy as a viable solution for the decarbonisation of urban heating. Moreover, the findings of this Thesis reinforce the role of geothermal energy as a key energy vector in meeting European climate neutrality goals, as outlined in initiatives such as the REPowerEU Plan and the recent European Parliament Resolution on geothermal energy. The proposed methodological contributions provide a solid foundation for strategic decision-making and promote the transfer of knowledge into real-world urban and energy planning contexts. [ES] La transición hacia sistemas energéticos más sostenibles demanda soluciones eficientes y renovables, especialmente en el ámbito urbano donde la climatización representa una parte significativa del consumo energético. En este contexto, la energía geotérmica de baja entalpía se presenta como una alternativa estratégica para alimentar sistemas de calefacción de distrito (District Heating, DH), permitiendo reducir tanto la dependencia de combustibles fósiles como las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo general analizar y optimizar los sistemas de calefacción de distrito geotérmicos mediante la evaluación de las variables que condicionan su desarrollo, diseño y viabilidad. Para ello, se han abordado tres líneas principales: I) el análisis de la viabilidad económica de estos sistemas frente a las tecnologías fósiles convencionales, II) el desarrollo de metodologías accesibles para el dimensionamiento y planificación de redes de calefacción de distrito, y III) la evaluación del impacto de mejoras específicas en elementos críticos del sistema. La investigación se ha estructurado en torno a cuatro artículos científicos, en los que se presentan herramientas replicables como modelos de cálculo térmico y económico, metodologías basadas en Sistemas de Información Geográfica (SIG) para la selección de emplazamientos óptimos, comparativas entre técnicas de estimación de demanda, así como propuestas de rediseño del sistema de distribución mediante tuberías coaxiales. Los resultados obtenidos demuestran que, mediante herramientas accesibles y sin necesidad de desarrollos tecnológicos complejos, es posible alcanzar niveles de rendimiento técnico y económico comparables a los sistemas tradicionales, contribuyendo a consolidar la geotermia como una solución viable para la descarbonización térmica del entorno urbano. Además, los hallazgos de esta Tesis Doctoral refuerzan el papel de la energía geotérmica como vector energético clave en el cumplimiento de los objetivos europeos de neutralidad climática, tal como se recoge en iniciativas como el Plan REPowerEU y la reciente Resolución del Parlamento Europeo sobre la energía geotérmica. Las propuestas metodológicas desarrolladas proporcionan una base sólida para la toma de decisiones estratégicas y fomentan la transferencia del conocimiento hacia contextos reales de planificación urbana y energética.; [ES] La transición hacia sistemas energéticos más sostenibles demanda soluciones eficientes y renovables, especialmente en el ámbito urbano donde la climatización representa una parte significativa del consumo energético. En este contexto, la energía geotérmica de baja entalpía se presenta como una alternativa estratégica para alimentar sistemas de calefacción de distrito (District Heating, DH), permitiendo reducir tanto la dependencia de combustibles fósiles como las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo general analizar y optimizar los sistemas de calefacción de distrito geotérmicos mediante la evaluación de las variables que condicionan su desarrollo, diseño y viabilidad. Para ello, se han abordado tres líneas principales: I) el análisis de la viabilidad económica de estos sistemas frente a las tecnologías fósiles convencionales, II) el desarrollo de metodologías accesibles para el dimensionamiento y planificación de redes de calefacción de distrito, y III) la evaluación del impacto de mejoras específicas en elementos críticos del sistema. La investigación se ha estructurado en torno a cuatro artículos científicos, en los que se presentan herramientas replicables como modelos de cálculo térmico y económico, metodologías basadas en Sistemas de Información Geográfica (SIG) para la selección de emplazamientos óptimos, comparativas entre técnicas de estimación de demanda, así como propuestas de rediseño del sistema de distribución mediante tuberías coaxiales. Los resultados obtenidos demuestran que, mediante herramientas accesibles y sin necesidad de desarrollos tecnológicos complejos, es posible alcanzar niveles de rendimiento técnico y económico comparables a los sistemas tradicionales, contribuyendo a consolidar la geotermia como una solución viable para la descarbonización térmica del entorno urbano. Además, los hallazgos de esta Tesis Doctoral refuerzan el papel de la energía geotérmica como vector energético clave en el cumplimiento de los objetivos europeos de neutralidad climática, tal como se recoge en iniciativas como el Plan REPowerEU y la reciente Resolución del Parlamento Europeo sobre la energía geotérmica. Las propuestas metodológicas desarrolladas proporcionan una base sólida para la toma de decisiones estratégicas y fomentan la transferencia del conocimiento hacia contextos reales de planificación urbana y energética. 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/164970 [ES]En la presente Tesis Doctoral, se presenta una investigación en la que se tiene en cuenta todo lo anteriormente presentado para intentar dar una respuesta a esta problemática incipiente en la industria moderna. Por un lado, se presenta una validación de la metodología de correlación digital de imágenes para caracterizar mecánicamente materiales compuestos, seguido de un método de simulación numérica estocástico para realizar un diseño optimizado, basado en la ingeniería robusta aplicable a cualquier producto fabricado con este tipo de materiales. Por otro lado, se presenta un estudio sobre diferentes técnicas de termografía activa en diferentes productos conformados por fabricación aditiva por deposición fundida realizados con diversos materiales para poder caracterizar defectos. El uso de algoritmos de Machine Learning y modelos numéricos permite no solo detectar estos defectos, sino también cuantificar geométricamente los mismos. Finalmente, la combinación de todas estas técnicas se aplica en entornos industriales reales, fabricando un prototipo de recipiente para elementos presurizados de altas prestaciones que permita mejorar el desempeño en comparación con otros recipientes tradicionales añadiendo una mejora de portabilidad. También, se integran en este prototipo sensores procedentes del internet de las cosas, permitiendo su monitorización en tiempo real, lo que facilita las labores de mantenimiento, implementando técnicas avanzadas en este campo como es el mantenimiento predictivo.; [EN]In this Doctoral Thesis, research is presented which takes into account all of the above to try to provide an answer to this incipient problem in modern industry. On the one hand, a validation of the digital image correlation methodology is presented to mechanically characterise composite materials, followed by a stochastic numerical simulation method to carry out an optimised design, based on robust engineering, applicable to any product manufactured with this type of materials. On the other hand, a study is presented on different techniques of active thermography in different products formed by additive manufacturing by fused deposition made with different materials in order to characterise defects. The use of Machine Learning algorithms and numerical models allows not only to detect these defects, but also to quantify them geometrically. Finally, the combination of all these techniques is applied in real industrial environments, manufacturing a prototype vessel for high-performance pressurised elements that improves performance compared to other traditional vessels by adding an improvement in portability. Also, sensors from the internet of things are integrated in this prototype, allowing real-time monitoring, which facilitates maintenance work, implementing advanced techniques in this field such as predictive maintenance. 2025-03-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/163946 [ES]La Transición Energética es esencial para abordar los desafíos impuestos por el cambio climático, el aumento del consumo energético, así como para garantizar el desarrollo de la sociedad tal y como se conoce hoy en día. El sistema energético actual se basa en energías procedentes en su mayoría de combustibles fósiles, pero no cumple con las estrategias de descarbonización establecidas para 2050. Por este motivo, la comunidad científica se encuentra en la búsqueda continua de tecnologías emergentes que contribuyan a dar solución de los diferentes retos que aborda una transición energética de la magnitud que requiere la sociedad. La presente Tesis Doctoral profundiza en algunas de estas tecnologías emergentes. Concretamente esta investigación explora la optimización e implicaciones que pudiera llegar a tener la Inteligencia Artificial (IA) y/o los Métodos de Análisis Multicriterio (MCDM) en el proceso de toma de decisiones durante las primeras etapas de implantación de una nueva tecnología. El objetivo es reducir la subjetividad del proceso de toma de decisiones actual, basado en el criterio de expertos, y obtener decisiones más informadas que mantengan el equilibrio entre los diferentes pilares de la sostenibilidad, garantizando que las decisiones tomadas den lugar a inversiones sostenibles y que tengan un impacto significativo como precursoras de la transición energética sostenible. Teniendo en cuenta lo anterior, las tecnologías emergentes consideradas en esta Tesis Doctoral son: Energía solar flotante (producción energía eléctrica), hidrógeno renovable (producción de gases renovables) y pilas de combustible en el sector del transporte y vehículos eVTOL, del inglés “electric Vertical Take Of and Landing” (movilidad). Comenzando por la energía solar flotante como tecnología emergente dentro de la producción de energía eléctrica, se ha desarrollado en este caso un marco integrado en una plataforma Web-GIS que permite la optimización en la selección de masas de agua, así como la optimización basada en Algoritmos Genéticos (GA) del prediseño de la planta de producción. Hay que tener presente, que la electrificación no es posible y/o no es rentable en todos los sectores. El hidrógeno renovable debido a las propiedades del gas es uno de los gases renovables con mayor potencial de aplicación en diferentes sectores dentro de transición energética. En esta investigación, se ha desarrollado una plataforma Web-GIS capaz de mejorar mediante la aplicación integrada de MCDA y GA la selección de ubicaciones óptimas en las que extraer el potencial del hidrógeno renovable a nivel local (municipios). Esto implica que se han considerado criterios de decisión en toda la cadena de valor del hidrógeno, desde producción hasta consumo, pasando por transporte. Por último, se ha profundizado en movilidad, el cual es un sector con unas características en las que resulta muy compleja la verticalización de las energías renovables. Este trabajo ha seleccionado como tecnologías emergentes la aplicación de pilas de combustible en el sector del transporte y los vehículos eVTOL, los cuales aúnan las ventajas de flexibilidad y versatilidad que ofrece el transporte ligero por tierra y las ventajas de velocidad que ofrece el transporte aéreo. Primeramente, se ha realizado una optimización comparativa entre los diferentes tipos de pilas de combustible y sistemas de almacenamiento a bordo en el sector del transporte. Los resultados obtenidos demuestran que en el sector del transporte ligero la tecnología de membrana de intercambio protónico y el almacenamiento en forma de hidrógeno comprimido e hidrógeno líquido es competitiva con las opciones propulsivas actuales, y que existen otras alternativas como el amoniaco, con potencial debido a su buena relación masa-volumen. En cuanto a la tecnología eVTOL,se han llevado a cabo dos investigaciones. Por un lado, se ha realizado un análisis comparativo de aplicación de vehículos eVTOL en la Península Ibérica en el cual se ha empleado una regresión lineal para establecer como marco temporal el año 2030. Los resultados obtenidos permiten establecer como tecnología propulsiva más competitiva a nivel urbano, las baterías, mientras que a nivel regional, las pilas de combustible de hidrógeno destacan por su mayor autonomía. No obstante, se puede concluir que para el año 2030 los vehículos eVTOL no deberían superar al 5% del parque automovilístico para que sea viable desde el punto de vista del sistema. Por otro lado, se han empleado las Islas Canarias como marco espacial para ir un paso más allá y evaluar los beneficios de la integración bidireccional de los vehículos eVTOL en cada uno de los sistemas eléctricos que componen el Archipiélago. Se emplearon GA para poder optimizar las estructuras de generación y obtener la cantidad de vehículos necesarios que ofrecen beneficios a los agentes implicados en el sistema eléctrico (consumidor final, operador del sistema y plantas productoras de energía). Los resultados obtenidos permitirán a las administraciones locales determinar los valores umbrales admisibles tanto en la cantidad de vehículos, como en el nivel de afeiado para cada sistema eléctrico aislado. En definitiva, esta Tesis Doctoral persigue la aplicación de técnicas de optimización e IA a diferentes tecnologías emergentes precursoras de la transición energética sostenible. Los análisis realizados han dado lugar a metodologías sólidas en los que basar los procesos de toma de decisiones a la hora de considerar la implantación en un territorio específico o seleccionar la tecnología más apropiada entre diferentes opciones en función de la aplicación. Las metodologías generadas han sido puestas en valor en el territorio de España, demostrando que las tecnologías emergentes investigadas tienen un potencial real y un impacto significativo a nivel energético, económico, medioambiental, social y legislativo dentro de la transición energética sostenible del país 2025-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/160367 [ES] La transición hacia sistemas energéticos sostenibles constituye un pilar fundamental en la lucha contra el cambio climático, un desafío global que amenaza la estabilidad de los ecosistemas terrestres, la prosperidad económica y el bienestar social a nivel mundial. En este contexto, el desarrollo e integración de tecnologías de autoconsumo energético basadas en fuentes renovables emerge como estrategia clave para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y promover la sostenibilidad ambiental [1]. El cambio climático, uno de los desafíos más significativos que enfrenta la humanidad en el siglo XXI, se refiere a variaciones en el clima de la Tierra a largo plazo, causadas principalmente por actividades humanas como la quema de combustibles fósiles [2], la deforestación [3] y diversas prácticas industriales [4]. Los efectos del cambio climático son globales y profundos, afectando a ecosistemas, economías y comunidades humanas. Las evidencias del cambio climático son contundentes y se manifiestan en varios aspectos del entorno global. En primer lugar, los datos indican un aumento promedio de aproximadamente 1.2 °C en la temperatura global desde finales del siglo XIX, con un calentamiento más pronunciado en las últimas décadas, especialmente después del año 2000 [5]. En segundo lugar, los estudios muestran una significativa reducción en la masa de hielo en Groenlandia, la Antártida y en glaciares de montaña en todo el mundo, contribuyendo al aumento del nivel del mar y afectando gravemente a las comunidades costeras [6]. Finalmente, se han observado cambios en los patrones de precipitación, con algunas regiones experimentando sequías más severas y prolongadas, mientras que otras enfrentan inundaciones más frecuentes, impactando negativamente la agricultura, los recursos hídricos y la biodiversidad [7]. Las fuentes de energía tradicionales, como el carbón, el petróleo y el gas natural, han sido los pilares del desarrollo industrial y económico desde la Revolución Industrial. Sin embargo, la quema de estos combustibles es la principal fuente de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), responsables del calentamiento global [8]. Con el crecimiento de la población mundial y el aumento de la urbanización, la demanda de energía sigue en aumento. Este incremento se traduce en mayores emisiones de GEI si no se adoptan medidas para cambiar las fuentes de energía hacia opciones más sostenibles [9]. En respuesta a este desafío, las tecnologías subyacentes de la energía solar y eólica han avanzado significativamente en las últimas décadas, convirtiéndose en opciones viables y económicas para la generación de energía sin emisiones de GEI. La capacidad instalada de energía solar y eólica ha crecido exponencialmente, ayudando a reducir la dependencia de los combustibles fósiles [10]. Sin embargo, la electrificación de todos los consumos energéticos existentes, tanto eléctricos como térmicos, puede provocar un exceso de carga sobre la red eléctrica, dimensionada para el abastecimiento de los primeros. El desarrollo de sistemas de autoconsumo energético, como los paneles solares domésticos y las turbinas eólicas pequeñas (mini eólica), permite a los hogares y las empresas generar su propia electricidad. Esto no solo reduce las emisiones de GEI, sino que también disminuye la presión sobre las redes eléctricas y promueve la sostenibilidad [8]. Además, la integración de tecnologías avanzadas como los sistemas de almacenamiento de energía, redes y medidores inteligentes, optimiza el uso de las energías renovables, mejorando la eficiencia energética y permitiendo una gestión más eficaz de la demanda y oferta de energía [11, 12]. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/160347 [ES] El agua tiene un valor económico que en el pasado no se ha reconocido y ha conducido al derroche y a la utilización con efectos perjudiciales para el medio ambiente (United Nations, 1992). Siendo el sector agrícola el principal consumidor de agua dulce, es necesario conocer la extensión y los cambios de las áreas regadas para hacer una gestión adecuada de los recursos hídricos y así conseguir aprovechamientos eficientes y equitativos favoreciendo su conservación y protección que en última instancia aseguren el abastecimiento de los alimentos (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura [FAO], s/f). En este sentido, la teledetección es una herramienta que ha demostrado ser eficaz para la cartografía del regadío (Ozdogan et al., 2010). Castilla y León es la comunidad autónoma de mayor superficie de España, con una extensión de 94.225 km2, en la que la mayor parte de su territorio se corresponde a cultivos herbáceos o de vegetación natural y en la que el uso principal del agua se produce en el ámbito agrícola. La preocupación por el uso sostenible del agua de regadío y la necesidad de un diagnóstico de dicho uso a lo largo del tiempo ha sido la motivación de esta tesis. Por ello, el objetivo general es analizar la evolución espaciotemporal de las áreas de regadío en Castilla y León. Con este fin, se ha desarrollado una metodología de aplicación de series multitemporales de satélites Landsat para la cartografía del regadío en las dos últimas décadas. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/159819 [ES] La Geofí sica se erige como una tecnologí a fundamental para explorar la constitucio n y estructura del subsuelo mediante la interpretacio n de campos geofí sicos como los ele ctricos y geomagne ticos. Aunque su aplicacio n en la investigacio n de aguas subterra neas au n no ha alcanzado pleno reconocimiento en la comunidad cientí fica, esta tesis doctoral se propone demostrar su valí a como una herramienta efectiva en la resolucio n de problemas hidrogeolo gicos cuando se emplea de manera adecuada. Se enfatiza que la Geofí sica no se limita a una ciencia exacta; la calidad de sus resultados depende del nivel de resolucio n utilizado, del cuidadoso procesamiento de datos y de la experta interpretacio n de estos. Adema s, se reconoce el papel crucial de la experiencia de los investigadores y del conocimiento previo de la geologí a local en el e xito de estas investigaciones. En el contexto actual, la disponibilidad de una amplia gama de software para la representacio n de datos geoespaciales facilita la visualizacio n y el ana lisis eficiente de la estructura del terreno, respaldando au n ma s el potencial de la Geofí sica en la hidrogeologí a y energí a hidrogeotermal. [EN] Geophysics is a fundamental technology for exploring the constitution and structure of the subsoil through the interpretation of geophysical fields such as electrical and geomagnetic fields. Although its application in groundwater research has not yet reached full recognition in the scientific community, this doctoral thesis aims to demonstrate its value as an effective tool in the resolution of hydrogeological problems when used appropriately. It is emphasised that geophysics is not limited to an exact science; the quality of its results depends on the level of resolution used, careful data processing and expert interpretation of the data. Furthermore, the crucial role of the researchers' experience and prior knowledge of the local geology in the success of these investigations is recognised. In the current context, the availability of a wide range of software for the representation of geospatial data facilitates the efficient visualisation and analysis of terrain structure, further supporting the potential of Geophysics in hydrogeology and hydrogeothermal energy. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/159818 [ES] La caracterización radiativa de la superficie terrestre mediante teledetección es crucial para comprender una amplia gama de características termoreflectivas, que desempeñan un papel fundamental en la gestión sostenible de los recursos naturales y la planificación efectiva de los usos del suelo. Dos de estas características destacadas son la temperatura superficial terrestre (LST) y el albedo. La temperatura superficial proporciona información crucial sobre los patrones térmicos de la tierra, mientras que el albedo ofrece una medida de la capacidad de reflexión de un material. La combinación de estos parámetros permite un análisis detallado de los intercambios energéticos entre atmósfera y superficie terrestre, lo que resulta esencial para comprender mejor los procesos ambientales y climáticos en curso. En esta tesis doctoral, se profundiza en el cálculo de LST y albedo utilizando técnicas y sensores de teledetección actuales. Por último, se amplía el conocimiento en la mejora de parámetros radiativos de entrada con un enfoque multiplataforma, mejorando la resolución espacial de la imagen mediante métodos de unmixing y optimizando la precisión radiométrica mediante ecuaciones que tienen en cuenta la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF). La teledetección emerge como una herramienta indispensable para adquirir información a escala global y regional de manera eficiente e incluso gratuita. Se hace especial énfasis en las imágenes multiespectrales, que capturan información en diversas longitudes de onda, permitiendo una evaluación detallada de las características temoreflectivas mencionadas. [EN] Earth's surface radiative characterisation by remote sensing is crucial for understanding a wide range of thermo-reflective characteristics of land covers, which play a key role in sustainable natural resource management and effective land-use planning. Two of these prominent characteristics are land surface temperature (LST) and albedo. LST provides crucial information on the thermal patterns of land covers, while albedo provides a measure of its reflective capacity. The combination of these parameters allows a detailed analysis of the energy exchanges between the atmosphere and the land surface, which is essential for a better understanding of ongoing environmental and climatic processes. In this PhD thesis, the calculation of LST and albedo is further developed using current remote sensing techniques and sensors. Finally, the knowledge on the improvement of input radiative parameters with a multi-platform approach is extended. Improving the imagery spatial resolution by means of unmixing methods and optimising radiometric accuracy by means of equations that accounts the bidirectional reflectance distribution function (BRDF). Thus, remote sensing emerges as an indispensable tool to acquire global and regional scale information efficiently and even free of charge. Special emphasis is placed on multispectral imaging, which captures information at various wavelengths, allowing a detailed assessment of the aforementioned thermos-reflective characteristics. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/159319 [ES] La industria de la construcción ha sido considerada históricamente una de las mayores consumidoras de recursos naturales y generadoras de residuos, por lo que existe la necesidad de reducir el impacto ambiental asociado a este sector. Abordar esta cuestión supone un reto integral, desde la fase de fabricación de nuevos materiales de construcción más sostenibles hasta la fase funcional donde sus capacidades se alineen con los conceptos de sostenibilidad y eficiencia energética. En este contexto, la utilización de materiales reciclados y la mejora de sus propiedades mecánicas y térmicas mediante la incorporación de aditivos son aspectos clave para avanzar hacia una construcción más sostenible y energéticamente más eficiente. A pesar de que la ingeniería civil y de materiales disponen de múltiples herramientas y técnicas para el diseño de infraestructuras, generalmente se emplean metodologías asociadas a materiales convencionales. Sin embargo, los nuevos materiales presentan composiciones y comportamientos diversos, lo que provoca que los métodos tradicionales no siempre arrojen buenos resultados. En este sentido, para avanzar en el conocimiento de los nuevos materiales de construcción, es fundamental contar con técnicas de caracterización avanzadas que permitan evaluar y validar sus propiedades de manera precisa y detallada. Con el fin de fomentar la incorporación de nuevos materiales sostenibles en el sector de la construcción y mejorar su competitividad, la presente Tesis Doctoral pone el foco en la integración de nuevas técnicas avanzadas para el análisis y caracterización de nuevos materiales que contribuyan a la construcción sostenible. Para ello, se propone el empleo de dos técnicas ópticas de campo completo basadas en imagen: la correlación digital de imágenes y la termografía infrarroja, para la caracterización mecánica y para la evaluación térmica, respectivamente. Estos avances tienen el potencial de promover prácticas más sostenibles en la industria de la construcción y contribuir al desarrollo de nuevos materiales para alcanzar un futuro más resiliente y eficiente desde el punto de vista energético y medioambiental. Inicialmente, el trabajo se centra en la caracterización mecánica y la mejora de sus propiedades. Para ello, se plantea en primer lugar el empleo de materias primas básicas como la tierra para fabricar elementos como los bloques de tierra comprimida. Estos sistemas constructivos son ampliamente utilizados por su elevada versatilidad y a pesar de su menor rigidez y resistencia, los resultados demuestran que son una solución muy interesante desde el punto de vista de la sostenibilidad. A continuación, en busca de materiales con mayor capacidad mecánica se propone la sustitución de áridos naturales por áridos reciclados en la fabricación de hormigones. La mejora de las propiedades mecánicas de estos materiales de construcción es caracterizada mediante la técnica óptica de correlación digital de imágenes, empleada en su enfoque bidimensional para la evaluación de paneles de tierra comprimida en primer lugar y en su enfoque tridimensional para el análisis de probetas cilíndricas de hormigón reciclado en segundo lugar. En paralelo al desarrollo mecánico, se investiga la mejora térmica de los materiales de construcción. En primera instancia se aborda a través de la incorporación de residuos como aditivos para la modificación de su conductividad térmica. Posteriormente, se busca una mejora desde el punto de vista de la absorción de radiación solar empleando pigmentos inorgánicos como aditivos. Esta optimización térmica es validada utilizando la técnica óptica de termografía infrarroja, empleando un simulador solar para replicar la exposición al sol de los materiales. Finalmente, se propone un estudio integral que combina los avances mecánicos y térmicos en un material multifuncional. Este enfoque aborda el desafío de integrar los avances obtenidos en los estudios anteriores con el objetivo de validar su aplicabilidad en un contexto práctico y aplicado tanto al sector de la ingeniería civil como al sector industrial. Para ello, se propone la fabricación de depósitos acumuladores de calor para el aumento de la temperatura del agua almacenada, que posteriormente pueda ser empleada en procesos industriales donde se requiere agua caliente o a nivel doméstico como agua caliente sanitaria. Los resultados demuestran que el hormigón sostenible, fabricado con áridos reciclados a partir de rechazos de prefabricados de hormigón y con aditivos pigmentados, puede utilizarse con éxito para fabricar elementos con capacidades estructurales y térmicas como son los depósitos de agua acumuladores de calor. Estos resultados representan un avance significativo en la búsqueda de soluciones innovadoras para la construcción sostenible. [EN] The construction industry has historically been considered one of the largest consumers of natural resources and a significant generator of waste, highlighting the challenge of reducing the environmental impact associated with this sector. Addressing this issue is a comprehensive challenge, ranging from the production phase of more sustainable construction materials to the functional phase where their performance is aligned with sustainability and energy efficiency concepts. In this context, the use of recycled materials and the improvement of their mechanical and thermal properties through the incorporation of additives are key aspects in moving towards more sustainable and energy efficient construction. Although civil and materials engineering have a wide range of tools and techniques for infrastructure design, methods associated with conventional materials are generally used. Nevertheless, new materials have different compositions and behaviours, so that traditional methods do not always give satisfactory results. Therefore, advancing the understanding of new construction materials requires advanced characterisation techniques that allow for accurate and detailed evaluation and validation of their properties. To promote the incorporation of new sustainable materials into the construction sector and increase its competitiveness, this Doctoral Thesis focuses on the integration of new advanced techniques for the analysis and characterisation of materials contributing to sustainable construction. To achieve this, the use of two full-field optical techniques based on imaging is proposed: digital image correlation for mechanical characterisation and infrared thermography for thermal evaluation. These advances have the potential to promote more sustainable practices in the construction industry and contribute to the development of new materials for a more resilient and energy efficient future, both from an environmental and energy perspective. Initially, work focuses on mechanical characterisation and improvement of properties. This involves using basic raw materials such as earth to produce elements such as compressed earth blocks. Despite their lower stiffness and strength, these construction systems are widely used due to their high versatility and are proving to be an interesting solution from a sustainability point of view. Furthermore, in the search for materials with higher mechanical capacity, the substitution of natural aggregates with recycled aggregates in concrete production is proposed. The improvement in the mechanical properties of these construction materials is characterised using the digital image correlation technique, first in its two-dimensional approach for the evaluation of compressed earth blocks, and then in its three-dimensional approach for the analysis of recycled concrete cylindrical specimens. Simultaneously with mechanical development, thermal improvement of construction materials is investigated. Initially, this is approached through the incorporation of waste as additives to modify their thermal conductivity. Subsequently, an improvement in terms of solar radiation absorption is pursued using inorganic pigments as additives. This thermal optimisation is validated using infrared thermography and a solar simulator to replicate the exposure of materials to sunlight. Finally, a comprehensive study combining mechanical and thermal advances in a multifunctional material is proposed. This approach addresses the challenge of integrating the advances made in previous studies to validate their applicability in a practical and applied context, both in civil and industrial sectors. To achieve this, it is proposed to manufacture thermal storage tanks to increase the temperature of the stored water, which can then be used in industrial processes requiring hot water, or domestically for sanitary hot water. The results show that sustainable concrete, made with recycled aggregates from rejected concrete prefabricates and pigmented additives, can be successfully used to manufacture elements with structural and thermal capacities such as thermal storage water tanks. These results represent a significant step forward in the search for innovative solutions for sustainable construction. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/158873 [ES] La Geofísica aplicada es una rama de la ciencia que permite determinar la estructura y composición del subsuelo a partir del procesado e interpretación de diversos parámetros físicos obtenidos con una serie de equipos y sensores. En la actualidad, la geofísica aplicada se muestra como una potente herramienta en la resolución de diversas problemáticas en constante desarrollo en diferentes campos, tales como el análisis geológico y estructural, geotécnia, hidrogeología, minería, etc. contando como una de sus principales ventajas, el constituir técnicas indirectas no destructivas que aportan datos en la resolución de diversas problemáticas. A lo largo de la tesis, las técnicas y metodologías aplicadas permiten un avance en la resolución de problemas de diversa tipología. En especial, se aborda la resolución de problemas geológicos, estructurales y minerales situados a profundidades notables. En concreto, se ha trabajado con las técnicas de la magnetometría, tomografía eléctrica profunda (DERT), y sondeos electromagnéticos en el dominio del tiempo (time-domain electromagnetics TDEM). El avance que se plantea en la presente tesis se basa en una aproximación novedosa a la aplicación de las técnicas geofísicas empleadas, que se traduce en una metodológica innovadora que amplía su campo de uso, reduciendo, al mismo tiempo, los factores limitantes clásicos de aplicación de las mismas, tales como la profundidad de investigación. Las metodologías aplicadas persiguen alcanzar una mejora en la profundidad de investigación, así como en su rendimiento (productividad), permitiendo coberturas areales significativas en entornos complejos que redundan en la mejora de la calidad de los datos y, por tanto, incrementando la resolución espacial y capacidad resolutiva de las mismas. Este enfoque novedoso ha permitido el empleo en el estudio de formaciones geológicas y estructuras profundas, algunas de ellas con interés minero, así como zonas activas de fractura de carácter regional con implicaciones sismotectónicas, donde el análisis a grandes profundidades es un aspecto fundamental. [EN] Applied Geophysics is a branch of science that allows for the determination of the subsurface structure and composition through the processing and interpretation of various physical parameters obtained with a series of equipment and sensors. Currently, applied geophysics serves as a powerful tool in addressing various constantly evolving issues in different fields, such as geological and structural analysis, geotechnics, hydrogeology, mining, etc. One of its primary advantages is that it employs non-destructive indirect techniques that provide valuable data for solving various challenges. Throughout this thesis, the applied techniques and methodologies contribute to advancements in addressing a wide range of problems. Specifically, it deals with geological, structural, and mineralogical issues at significant depths. In particular, the following techniques have been employed: magnetometry, deep electrical resistivity tomography (DERT), and time-domain electromagnetic surveys (TDEM). The advancement proposed in this thesis is based on an innovative approach to the application of geophysical techniques, resulting in an innovative methodology that expands their scope of use while simultaneously reducing classical limiting factors, such as investigation depth. The applied methodologies aim to improve both the depth of investigation and performance (productivity), enabling significant spatial coverage over complex areas that enhances data quality and, therefore, increases spatial resolution and resolving capacity. This innovative approach has allowed for the study of geological formations and deep structures, some of which are of mining interest, as well as active regional fault zones with seismotectonic implications, where deep analysis is a fundamental aspect. 2023-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/158851 [ES] En las últimas décadas el consumo energético urbano se ha incrementado drásticamente como consecuencia del crecimiento de la población mundial y del aumento de la urbanización: según datos de la Agencia Internacional de la Energía, las ciudades son responsables del 67% del consumo energético global. Con el actual sistema energético, basado principalmente en combustibles fósiles, este nivel de consumo energético implica una responsabilidad semejante en las emisiones de dióxido de carbono (CO2), principal causante del calentamiento global y de todas las consecuencias negativas que este tiene para la biodiversidad y el medio ambiente. La integración de energías renovables y la electrificación de los consumos se presentan como las principales estrategias para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de CO2. Sin embargo, para que la red eléctrica actual pueda hacer frente a dicho cambio y evitar su saturación, es necesario una actualización y una mejora de la red mediante (i) el refuerzo de la ya existente y (ii) la creación de nuevos puntos de generación de energía próximos a los puntos de consumo. Este segundo punto favorece especialmente la integración de energías renovables a nivel urbano, pues estas permiten la creación de nuevos puntos de generación de electricidad cercanos al punto de consumo. Todo este proceso, de cambio de recursos energéticos predominantes y sustitución de procesos de combustión por la electricidad como fuente de energía, se trata de un proceso conocido mundialmente como transición energética. La toma de decisiones es uno de los procesos fundamentales para completar con éxito la transición energética. Ante la revolución digital en la que la sociedad se encuentra inmersa, unido a la gran variedad y cantidad de datos necesarios, ha hecho que la digitalización se convierta en una de principales estrategias para la toma de decisiones. La gran mayoría de los procesos digitales de toma de decisiones requieren de diferentes datos geoespaciales, debido a la importancia de la ubicación geográfica en la definición de estrategias de todo tipo: comerciales, de cálculo de rutas, etc.; así como a la influencia de la geometría en el cálculo de necesidades y capacidades energéticas para gran variedad de aplicaciones: consumo de baterías y/o combustible para transporte, incorporación de estrategias de movilidad y accesibilidad, disponibilidad de recursos de energía renovables, y climatología, entre otras. Poniendo el foco de atención en Europa y la digitalización, la directiva INSPIRE se presenta como la principal fuente de información geográfica gratuita en la que se apoyan las diferentes metodologías y herramientas para su impulso dentro de la comunidad europea. A escala ciudad, las nubes de puntos LiDAR son los datos más utilizados para la caracterización geométrica del entorno urbano. La extensión urbana y la baja densidad de las nubes de puntos INSPIRE, hace que resulte de interés conocer hasta qué punto estos datos ofrecen resultados válidos para la caracterización geométrica urbana. La disponibilidad de datos de LiDAR aéreo de baja densidad en España, hacen que la presente tesis doctoral se centre en la evaluación de dichos datos para la caracterización geométrica necesaria en la integración de las energías renovables y electrificación urbana. A partir de los datos de LiDAR aéreo del Instituto Geográfico Nacional de densidades comprendidas entre 0.5 puntos/m2 y 14 puntos/m2, se han realizado diferentes estudios y análisis urbanos frente a nubes de puntos de gran resolución. Estos estudios han permitido evaluar el efecto de la resolución de la nube de puntos en diferentes casuísticas: desde la implementación de energía solar en edificios residenciales e industriales y elementos urbanos públicos hasta la electrificación de vehículos urbanos. De manera complementaria, estos estudios también han servido para el desarrollo y validación de nuevas metodologías para la automatización de diferentes procesos de caracterización geométrica urbana. Los resultados obtenidos han permitido comprobar que los datos de LiDAR aéreo de baja densidad permiten una caracterización geométrica urbana válida para la toma de decisiones necesaria para la integración de energías renovables y electrificación en entornos urbanos. [EN] In recent decades, urban energy consumption has significantly increased due to global population growth and urbanization. According to data from the International Energy Agency, cities account for 67% of global energy consumption. The current energy system relies heavily on fossil fuels and is a major contributor to carbon dioxide (CO2) emissions, which are the main cause of global warming and have numerous negative impacts on biodiversity and the environment. The integration of renewable energies and the electrification of consumption are presented as the main strategies to reduce dependence on fossil fuels and CO2 emissions. However, to ensure the current electricity grid can handle such a change and avoid saturation, it is necessary to improve the grid by (i) reinforcing existing infrastructure and (ii) creating new energy generation points close to where it is consumed. This second point particularly promotes the integration of renewable energies at the urban level, as they allow the creation of new electricity generation points close to the point of consumption. The global process of replacing combustion processes with electricity as a primary energy source is known as the energy transition. Decision-making is a crucial process for the successful implementation of the energy transition. With the digital revolution and the huge amount of data required, digitization has become a key decision-making strategy. Most digital decision-making processes require geospatial data due to the importance of geographic location in the definition of different types of strategies: commercial, route calculation, etc.; as well as the influence of geometry on the estimation of energy requirements and capacities for a variety of applications: battery and/or transport fuel consumption, integration of mobility and accessibility strategies, availability of renewable energy resources, and climatology, among others. Focusing on Europe and digitization, the INSPIRE Directive is considered the main source of freely available geographic information. It serves as the basis for several methodologies and tools used to promote it within the European Community. At city scale, LiDAR point clouds are the most widely used data for the geometric characterization of the urban environment. Given the urban extent and low density of the INSPIRE point clouds, it is important to determine their validity for urban geometric characterization. Due to the availability of low-density airborne LiDAR data in Spain, the focus of this thesis is on the evaluation of such data for the geometric characterization necessary for renewable energy integration and urban electrification. Based on aerial LiDAR data from the National Geographic Institute with densities between 0.5 points/m2 and 14 points/m2, different urban studies and analyses have been carried out against high resolution point clouds. These studies have enabled the evaluation of the impact of point cloud resolution in various scenarios: from the implementation of solar energy in residential and industrial buildings and public urban elements to the electrification of urban vehicles. Complementary, these studies have also been used to develop and validate new methodologies for the automation of different urban geometric characterization processes. The results obtained demonstrate that low-density airborne LiDAR data can provide a reliable urban geometric characterization for decision-making related to renewable energy integration and electrification in urban environments. 2024-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/153331 [ES]El desarrollo tecnológico de las últimas dos décadas ha supuesto un cambio radical que está llevando a un nuevo paradigma en el que se entremezclan el mundo físico y el digital. Estos cambios han influido enormemente en la sociedad, modificando las formas de comunicación, acceso a información, ocio, trabajo, etc. Asimismo, la industria ha adoptado estas tecnologías disruptivas, las cuales están contribuyendo a lograr un mayor control y automatización del proceso productivo. En el ámbito industrial, las tareas de mantenimiento son críticas para garantizar el correcto funcionamiento de una planta o instalación, ya que influyen directamente en la productividad y pueden suponer un elevado costo adicional. Las nuevas tecnologías están posibilitando la monitorización continua y a la inspección automatizada, proporcionando herramientas auxiliares a los inspectores que mejoran la detección de fallos y permiten anticipar y optimizar la planificación de las tareas de mantenimiento. Con el objetivo de desarrollar herramientas que aporten mejoras en las tareas de mantenimiento en industria, la presente tesis doctoral se basa en el estudio de como las geotecnologías pueden aportar soluciones óptimas en la monitorización e inspección. Debido a la gran variedad de entornos industriales, las herramientas de apoyo al mantenimiento deben adaptarse a cada caso en concreto. En este aspecto, y con el fin de demostrar la adaptabilidad de la geomática y las geotecnologías, se han estudiado instalaciones industriales de ámbitos muy diversos, como una sala de máquinas (escenario interior), plantas fotovoltaicas (escenario exterior) y soldaduras (interior y exterior). La escala de los escenarios objeto de estudio ha sido muy variada, desde las escalas más pequeñas, para el estudio de las soldaduras y la sala de máquinas, a las escalas más grandes, en los estudios de evolución de la vegetación y presencia de masas de agua en plantas fotovoltaicas. Las geotecnologías demuestran su versatilidad para trabajar a distintas escalas, con soluciones que permiten un gran detalle y precisión, como la fotogrametría de rango cercano y el sistema de escaneado portátil (Portable Mobile Mapping System - PMMS), y otras que pueden abarcar zonas más amplias del territorio, como es el caso de la teledetección o la fotogrametría con drones. Según lo expuesto anteriormente, el enfoque de la tesis ha sido el estudio de elementos o instalaciones industriales a diferentes escalas. En el primer caso se desarrolló una herramienta para el control de calidad externo de soldaduras utilizando fotogrametría de rango cercano y algoritmos para la detección automática de defectos. En el segundo caso se propuso el uso de un PMMS para optimizar la toma de datos en las tareas de inspección en instalaciones fluidomecánicas. En el tercer caso se utilizó la fotogrametría con drones y la combinación de imágenes RGB y térmicas con algoritmos de visión computacional para la detección de patologías en paneles fotovoltaicos. Finalmente, para la monitorización de la vegetación y la detección de masas de agua en el entorno de plantas fotovoltaicas, se empleó la teledetección mediante el cálculo de índices espectrales. [EN]The technological development of the last two decades has brought about a radical change that is leading to a new paradigm in which the physical and digital worlds are intertwined. These changes have had a great impact on society, modifying communication methods, access to information, leisure, work, etc. In addition, the industry has adopted these disruptive technologies, which are contributing to achieving greater control and automation of the production process. In the industrial sector, maintenance tasks are critical to ensuring the proper operation of a plant or facility, as they directly influence productivity and can involve high additional costs. New technologies are making continuous monitoring and automated inspection possible, providing auxiliary tools to inspectors that improve fault detection and allow for the anticipation and optimization of maintenance task planning. With the aim of developing tools that provide improvements in maintenance tasks in industry, this doctoral thesis is based on the study of how geotechnologies can provide optimal solutions in monitoring and inspection. Due to the great variety of industrial environments, maintenance support tools must adapt to each specific case. In this regard, and in order to demonstrate the adaptability of geomatics and geotechnologies, industrial installations from very diverse areas have been studied, such as a machine room (indoor scenario), photovoltaic plants (outdoor scenario), and welding (indoor and outdoor scenarios). The scale of the studied scenarios has been very varied, ranging from smaller scales for the study of welds and machine rooms, to larger scales in the studies of vegetation evolution and the presence of bodies of water in photovoltaic plants. Geotechnologies demonstrate their versatility to work at different scales, with solutions that allow for great detail and precision, such as close-range photogrammetry and the Portable Mobile Mapping System (PMMS), as well as others that can cover larger areas of the territory, such as remote sensing or photogrammetry with drones. The focus of the thesis has been the study of industrial elements or installations at different scales. In the first case, a tool was developed for external quality control of welding, using close-range photogrammetry and algorithms for automatic defect detection. In the second case, the use of a PMMS is proposed to optimize data collection in fluid-mechanical installation inspection tasks. In the third case, drone photogrammetry and the combination of RGB and thermal images with computer vision algorithms were used for the detection of pathologies in photovoltaic panels. Finally, for the monitoring of vegetation and the detection of water masses in the environment of photovoltaic plants, remote sensing was employed through the calculation of spectral indices. 2023-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/152710 [EN] Notions of geometry and morphology are a fundamental component of the way we perceive, describe, and essentially interact with objects. The shape and size of an element can be highly informative, and will thus condition the way we carry out basic functions in our daily lives. Morphology can be useful for; the detection of anomalies and patterns, the characterisation of an object or organism, as well as the identification of casuality (cause and effect). Nevertheless, finding an efficient and objective means of characterising morphology in both micro and macroscopic elements is often a great challenge in many fields of science. While many approaches to these types of tasks have long relied on a visual or qualitative description of shape and form, unfortunately most of these methods are influenced by notable degrees of subjectivity, typically product of human-based error and dependent on experience and perspective. In the present Doctoral Thesis, a wide array of different techniques for the extraction and analysis of morphological data is explored and discussed. Specifically, the main goals of this study are to define a general workflow that can be used for the quantification of different elements, with the hope of developing a transparent and transdisciplinary approach that can be applied to many fields of science. For this purpose, multiple techniques for the digitisation of both 2D and 3D data have been used, in cluding (in order of prevalence); structured light surface scanning, micro-computed tomography, 3D-digital microscopy, and traditional photography for clinical imaging. Investigation into the best means of extract ing morphological information was then explored, primarily including geometric morphometric analyses, while also testing combinations of traditional metric and elliptic Fourier analyses as well. Following this, the present Doctoral Thesis dedicates a significant portion of research into finding the best means of statisti cally analysing this type of information. Here the use of multiple robust statistical approaches is employed, as well as both parametric and non-parametric testing, in order to obtain the highest possible accuracy in the conclusions withdrawn. So as to leverage this information for tasks such as classification or diagnostics, this Doctoral The sis also focuses great attention on the use of Computational Learning for the development of Artificially Intelligent algorithms in decision-making tasks. Prior to the development of classification algorithms, how ever, research delved into the possible limitations present in data science. Namely, problems due to sample size and the "curse of dimensionality". So as to overcome these limitations, different research lines were developed; first exploring the multitude of available techniques for data augmentation and simulation, fol lowed by experimentation with different types of algorithms for classification tasks. The results obtained from this study reveal many different techniques to be useful for the mod elling, extraction, and study of morphological information. Here it has been shown in a variety of different scenarios how, especially when combined with robust statistical approaches, both geometric morphomet rics and elliptic Fourier analyses are powerful tools for the description of shape and form. Throughout this research, data simulation has also proven to be a fundamental step in the workflow, providing Artificially Intelligent Algorithms such as Neural Networks and Support Vector Machines sufficient information for the identification of new specimens. So as to promote transparency and improve reproducibility, the present doctoral thesis is also ac companied by a large collection of open-source code, datasets, and different software. The applicability of these methodological approaches, and thus their transdisciplinary nature, has been demonstrated across multiple case studies. These include applications in archaeological and palaeon tological taphonomy, palaeoanthropology, animal wellfare, and dermatology. Through this compendium of research articles, the presented methods have been able to discover a number of different features from each of these fields. These range from the ability to identify extinct carnivore taxa in archaeological sites based on their tooth marks, to the first empirical quantification of skin lesion asymmetry as a diagnostic tool in dermatological oncology. In addition, through the presentation of a new mathematical model for the description of morphology, this study has been able to provide a new, more efficient, means of ex tracting biomechanical information from great primate limb long bones. Each of these discoveries present promising advantages for the study of other types of morphological data as well. The present Doctoral Thesis thus hopes to provide a new perspective on the means in which the morphology of different elements can be studied, promoting a more robust, transdisciplinary approach. Through this, future research will focus on applying these techniques to other fields of science, while working on fine tuning this methodological workflow to obtain higher precision and accuracy. [ES] Las nociones de geometría y morfología son un componente fundamental del modo en que percibimos, describimos y esencialmente interactuamos con los objetos. La forma y el tamaño de un elemento pueden ser altamente informativos, y condicionan el modo en que realizamos funciones básicas en nuestra vida cotidiana. La morfología puede ser útil para; la detección de anomalías y patrones, la caracterización de un objeto u organismo, así como la identificación de la casualidad (causa y efecto). Sin embargo, encontrar un acercamiento eficaz y objetivo de caracterizar la morfología de los elementos micro y macroscópicos suele ser un gran reto en muchos campos de la ciencia. Aunque muchos enfoques de este tipo de tareas se han basado durante mucho tiempo en una descripción visual o cualitativa de la forma, lamentablemente la mayoría de estos métodos están influenciados por notables grados de subjetividad, típicamente producto del error humano y dependiente de la experiencia y el conocimiento. En la presente Tesis Doctoral, se explora una amplia gama de diferentes técnicas para la extracción y el análisis de datos morfológicos. En concreto, los principales objetivos de este estudio son definir un flujo de trabajo general que pueda ser utilizado para la cuantificación de diferentes elementos, con la esperanza de desarrollar un enfoque transparente e transdisciplinar que pueda aplicarse a muchos campos de la ciencia. Para ello, se han utilizado múltiples técnicas de digitalización de datos tanto en 2D como en 3D, entre ellas (por orden de prevalencia): escaneo de superficies con luz estructurada, tomografía microcom putada, microscopía digital 3D y la fotografía para la obtención de imágenes clínicas. A continuación, se investigó cuál era el mejor medio para extraer información morfológica, principalmente mediante análisis de Morfometría Geométrica, aunque también se probaron combinaciones de análisis métricos tradicionales y avanzados basados en análisis de Fourier elípticos. A raíz de esto, la presente Tesis Doctoral dedica una parte importante de la investigación a la búsqueda de los mejores medios de análisis estadístico de este tipo de información. Más concretamente, se emplea el uso de múltiples enfoques estadísticos robustos, así como pruebas paramétricas y no paramétricas, con el fin de obtener la mayor precisión posible en las conclusiones extraídas. Con el fin de aprovechar esta información para tareas como la clasificación o el diagnóstico, esta Tesis Doctoral también presta gran atención al uso del Aprendizaje Computacional para el desarrollo de algoritmos de la Inteligencia Artificial en tareas de toma de decisiones. Sin embargo, antes del desarrollo de algoritmos de clasificación, la investigación profundizó en las posibles limitaciones presentes en la ciencia de datos. A saber, los problemas debidos al tamaño de la muestra y la "maldición de la dimensionalidad". Para superar estas limitaciones, se desarrollaron diferentes líneas de investigación; primero explorando la multitud de técnicas disponibles para el aumento de datos y la simulación; seguido por la experimentación con diferentes tipos de algoritmos para tareas de clasificación. Los resultados obtenidos en este estudio revelan que muchas técnicas diferentes son útiles para el modelado, extracción y estudio de la información morfológica. Aquí se ha demostrado en una variedad de diferentes escenarios diferentes cómo, especialmente cuando se combinan con enfoques estadísticos robustos, tanto la morfometría geométrica y los análisis de Fourier elípticos son herramientas poderosas para la descripción de la forma. A lo largo de esta investigación, la simulación de datos también ha demostrado ser un paso fundamental en el flujo de trabajo, proporcionando mediante técnicas de inteligencia artificial (ej. redes neuronales, máquina de soporte de vectores) información suficiente para la identificación de nuevos especímenes. Con el fin de promover la transparencia y mejorar la reproducibilidad, la presente Tesis Doctoral también va acompañada de una amplia colección de código abierto, conjuntos de datos y diferentes programas informáticos. La aplicabilidad de estos enfoques metodológicos, y por tanto, su carácter transdisciplinar, ha quedado demostrado a través de múltiples casos de estudio validados con éxito. Entre ellos se incluyen aplicaciones en arqueología y paleontología, la paleoantropología, el bienestar animal, y la dermatología. A través de este compendio de artículos de investigación, los métodos presentados han sido capaces de contribuir con una serie de características en cada uno de estos campos. Estas van desde la capacidad de identificar taxones de carnívoros extintos en yacimientos arqueológicos basándose en sus marcas dentales, hasta la primera cuantificación empírica de la asimetría de las lesiones cutáneas como herramienta de diagnóstico en oncología dermatológica. Además, mediante la presentación de un nuevo modelo matemático para la descripción de la morfología, este estudio ha sido capaz de proporcionar un nuevo medio, más eficiente, de extraer información biomecánica de los huesos largos de las extremidades de los grandes primates. En definitiva, cada uno de estos descubrimientos presenta prometedoras ventajas para el estudio de otros tipos de datos morfológicos. La presente Tesis Doctoral pretende, por tanto, aportar una nueva perspectiva sobre los medios con los que se puede estudiar la morfología de diferentes elementos, promoviendo un enfoque más robusto y transdisciplinar. Por ello, las investigaciones futuras se centrarán en aplicar estas técnicas a otros campos de la ciencia, al tiempo que permitan trabajar en el ajuste de este flujo de trabajo metodológico para obtener una mayor precisión y exactitud. 2022-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/149568 [ES] Las herramientas de captura de información han ido evolucionando para permitir cada vez mayor precisión en la digitalización de la realidad. Los equipos de medición LiDAR (Light Detection And Ranging) proporcionan nubes de puntos 3D masivas con información geométrica de escenarios complejos. Los vuelos fotogramétricos permiten obtener ortoimágenes aéreas digitales, georreferenciadas y cada vez de mayor resolución. Se puede hablar de Big Data geoespacial para referirnos a esta ingente cantidad de información que se necesita procesar para dotarla de propiedades semánticas según los puntos o los pixeles capturados se relacionan entre sí. En esta Tesis Doctoral, se desarrollan metodologías y algoritmos que automatizan el análisis y procesamiento de estos volúmenes extremadamente grandes de datos, para dotarlos de propiedades semánticas que facilitan su manejo. La investigación realizada aporta soluciones al procesamiento de la información obtenida en la digitalización 3D de infraestructuras viarias y edificios, centrándose en avanzar hacia los ODS (Objetivos de Desarrollo Sostenible) de la Agenda 2030 especialmente en el uso de energías renovables (ODS 7 – energía asequible y no contaminante; ODS 11 – ciudades y comunidades sostenibles) y en el plan de Visión 0 (0 muertos, 0 heridos, 0 atascos y 0 emisiones) para fomentar la seguridad vial y el desarrollo sostenible en movilidad y transporte. La investigación científica se enmarca de manera directa dentro de los proyectos InRoad: Sistema integral para la prevención y la asistencia al rescate en accidentes de tráfico, financiado por el Ministerio de Energía, Turismo y Agenda Digital y Ener3DMap: Gestión de Clientes y recursos energéticos distribuidos: mapeado energético, dentro de la Cátedra Iberdrola-USAL VIII Centenario, aunque el doctorando ha realizado desarrollos en otros numerosos proyectos de investigación durante la evolución de la tesis. El primer reto de esta investigación se centra en automatizar el procesamiento de nubes de puntos de una infraestructura viaria capturados con un sistema de cartografiado móvil MLS (Mobile LiDAR System). Se busca conseguir la extracción del eje de la carretera para obtener la alineación en planta, con sus tramos curvos, rectos y curvas de transición. A partir de esta información se pretende calcular tres parámetros de estabilidad y se asigna un índice de consistencia geométrica y un nivel de seguridad para cada tramo. Con ello, se puede disponer de una herramienta preventiva para extremar las precauciones en tramos de mayor peligrosidad. Este procesamiento automático se desarrolla en la aplicación informática inRoad in Alert (apéndice B). El siguiente reto que se quiere afrontar, es combinar el procesado de nubes de puntos de LiDAR aerotransportado y ortoimágenes digitales, procedentes de vuelos fotogramétricos realizados por el Instituto Geográfico Nacional, para caracterizar geométricamente las aguas de los tejados de edificios, calculando sus inclinaciones, orientaciones y superficies. De igual forma, se procede a calcular su potencial solar fotovoltaico. Combinando estos dos procesados se fortalece la debilidad que presentan los datos LiDAR disponibles en cuanto al cálculo de la superficie de tejados, con la información que se puede obtener de las ortoimágenes. Este procesado se desarrolla en el software Ener3dmap-Solar Roofs (apéndice B). La información de salida de este procesado permite generar una capa con los datos geométricos de los tejados, para la aplicación de mapas web desarrollada Ener3DMapSolarWeb Roofs (apéndice B). Esta herramienta utiliza la librería para mapas Leaflet, integra esta capa con mapas base, datos catastrales y el modelo de radiación solar validado PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System). Este desarrollo permite calcular la producción solar de una instalación de paneles fotovoltaicos de una forma ágil, proporcionando datos de producción anual, mensual y diaria, tanto para un tejado de un edificio existente, como en una parcela sin edificación, o un edificio proyectado. Adicionalmente se programa otra infraestructura de datos espaciales SolarWeb Cities (apéndice B), con la misma base de funcionamiento que la aplicación anterior, para realizar una prospectiva de potencial solar fotovoltaico a nivel de barrio o ciudad. 2022-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/148938 [ES]La aparición de los sistemas de escaneado láser dinámicos, capaces de capturar datos a medida que se avanza por la zona de interés, ha revolucionado la adquisición, agilizando y flexibilizando las tomas de datos y ofreciendo un abanico muy amplio de aplicaciones en el campo de la ingeniería y arquitectura, entre otros. Inicialmente, los sistemas de escaneado móvil comenzaron centrándose en la digitalización de grandes extensiones de terreno como carreteras o zonas forestales. Así, los equipos de escaneado se embarcan sobre vehículos terrestres o aéreos y se escanea a medida que se va recorriendo la zona. Este planteamiento no es aplicable a escenarios de interior, puesto que en estos espacios no hay recepción de los sistemas de posicionamiento global (GNSS) y además el equipamiento es muy grande y pesado como para utilizarlo en el interior de edificios o zonas pequeñas. La solución en estos casos de interior pasa por utilizar alguno de los siguientes planteamientos: i) empleo de sistemas “wearables” portables de escaneado móvil apoyados por técnicas SLAM (Simultaneous Location and Mapping), ii) empleo de drones terrestres que embarquen sistemas de escaneado láser y apliquen técnicas SLAM o Stop & Go. Por todo ello, uno de los objetivos principales de esta Tesis Doctoral se centra en estudiar la viabilidad de diferentes sistemas portables de escaneado móvil para la digitalización en edificación, tanto histórica como de nueva construcción. Así pues, por un lado, se investigan los sistemas portables de escaneado móvil del tipo WMLS (Wearable Mobile Laser System) y por otro, se investiga la eficacia y viabilidad de utilizar escáner láser estáticos del tipo TLS (Terrestrial Laser Scanner) sobre plataformas móviles. Para estos últimos, se ha desarrollado un sistema híbrido, formado por un dron terrestre y un TLS, capaz de navegar de forma autónoma y digitalizar el entorno automáticamente. Ambos sistemas se han utilizado en diversos casos de estudio y se han analizado las precisiones, eficacia y viabilidad en diferentes ámbitos del conocimiento. Para ello, se han implementado diferentes algoritmos de reducción de ruido, como el novedoso filtro FSOR (Fast Statistical Outlier Removal), así como filtros anisotrópicos y de homogeneización. A continuación, se han realizado procesamientos básicos de cada nube de puntos, obteniendo cartografías y secciones resultantes. Finalmente, se han aplicado procesos más complejos a través del desarrollo de metodologías semiautomáticas para el modelado de elementos constructivos, utilizando superficies paramétricas de tipo RANSAC (RANdom SAmple Consensus), y superficies no paramétricas de tipo NURBs (Non-Uniform Rational B-spline). Los modelos CAD (Computer Aided Desing) as-built resultantes han permitido diseñar sistemas de conservación preventiva a través de enfoques HBIM (Heritage Building Information Modelling) y avanzar en el diagnóstico estructural actual y futuro de una construcción a través de simulaciones numéricas por el Método de Elementos Finitos (FEM). 2021-01-01T00:00:00Z