Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

EDITORIAL

Picking Routing Problem with K homogenous material handling equipment for a refrigerated warehouse

ABSTRACT This paper aims at formulating a Picking Routing Problem with K homogenous material handling equipment for a refrigerated warehouse (PRPHE). Discrete particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA) metaheuristics are developed and validated for solving PRPHE. The discrete PSO is a novel approach to solving cold routing picking problems, which has not been detected in the scientific literature and is considered a contribution to the state of the art. The main difference between classical and discrete PSO is the structure and algebraic formulation of the positions and velocities of the particles, which are discrete rather than continuous under our approach. A full factorial design was developed with the following four factors: picking routing metaheuristic (PRM), depot, picking list size (PLS) and homogeneous material handling equipment (MHE). Based on the results of the experimental analysis, we identified that GA metaheuristics generated better solutions than discrete PSO for PRPHE. These statistical results demonstrated that GA metaheuristics produced time savings of between 22.89 and 86.75 seconds per set of cold picking routes, as well as an increase in the operational efficiency of between 1.98 and 2.81%, as compared with PSO discrete. Finally, it should be noted that this paper is one of the first in tackling picking routing in a refrigerated warehouse, thereby contributing to knowledge in this field.

RESUMEN Este artículo tiene como objetivo formular un problema de ruteo en la preparación de pedidos con K equipos homogéneos y ventanas de tiempo (PRPHE). Un PSO (Particle Swarm Optimization) discreto y un algoritmo Genético (GA, Genetic Algorithm) son desarrollados y validados para solucionar PRPHE. El PSO discreto es un enfoque novedoso para resolver el problema de ruteo en la preparación de pedidos en frio, el cual no había sido detectado en la literatura científica por lo cual es considerado una contribución en el estado del arte. La principal diferencia entre el PSO clásico y el discreto desarrollado es la estructura y la formulación algebraica de las posiciones y velocidades de las partículas las cuales son discretas en vez de ser continuas. Un diseño factorial completo con cuatro factores denominados metaheurísticos para el ruteo en la preparación de pedidos (PRM, picking routing metaheuristics), depot, tamaño de listas de preparación (Picking List Size) y un grupo de K equipos de manejo de materiales homogéneos (MHE) fue desarrollado. Basado en los resultados del análisis experimental fue identificado que el metaheurístico GA generó mejores soluciones que PSO discreto para el PRPHE. Por lo tanto, estos resultados estadísticos demostraron que el metaheurístico GA produjeron ahorros de tiempo entre 22,89 and 86,75 segundos por conjunto de rutas de preparación de pedidos en frio, así como un incremento de la eficiencia de las operaciones entre 1,98 y 2,81%, respecto a el PSO discreto. Finalmente, debe resaltarse que este artículo es uno de los primeros en abordar el ruteo en la preparación de pedidos en almacenes refrigerados de ahí su contribución al conocimiento.

The perception of colombians about science and technology according to their education level: professional and non-professional population

ABSTRACT This document discusses the results of the implementation of the Third National Survey on Public Perception of Science and Technology applied in Colombia. It analyzes the effect of education over some aspects related to the perception about Science and Technology of the Colombians, considering variables such as age and professionalization of the population. Methodologically, the research type is quantitative and descriptive; it uses statistical tools like frequency tables, histograms and subsampling techniques to avoid a biased comparison of the populations. The major findings presented are that the level of education acquired and the formal training actually have significance regarding the perceptions about science and technology in the studied population; it proved to affect the perception and attitude towards issues as the preference in the choice of a career for daughters and sons, the tendency for reviewing instructions and exploring the use of the information, the perception of whether the country works on science or not, and if people make science and technology. In the future, it will be required an approach based on differential studies, addressing the impact of the dissemination of science and technology.

RESUMEN Este documento analiza los resultados de la aplicación de la Tercera Encuesta Nacional sobre Percepción Pública de la Ciencia y la Tecnología aplicada en Colombia. Analiza el efecto de la educación sobre algunos aspectos de la percepción sobre la ciencia y tecnología, teniendo en cuenta variables como la edad y la profesionalización de la población. Metodológicamente, el tipo de investigación es cuantitativa y descriptiva; utiliza herramientas estadísticas como tablas de frecuencias, histogramas y técnicas submuestreo para a evitar una comparación sesgada de las poblaciones. Los principales hallazgos presentados son que el nivel de educación adquirido y la formación tienen realmente un efecto en lo que respecta a las percepciones sobre la ciencia y la tecnología en la población estudiada; se demuestra que se afecta su percepción y actitud en cuestiones como la preferencia en la elección de una carrera para hijas e hijos, la tendencia en revisión de instrucciones y exploración del uso de información, la opinión sobre si en el país se trabaja en ciencia o no y si la gente hace ciencia y tecnología. Se concluye sobre la importancia de futuros estudios diferenciales para el reconocimiento del impacto de la divulgación de la Ciencia y la Tecnología.

Raw materials for the ceramics industry from norte de santander. I. Mineralogical, chemical and physical characterization

ABSTRACT This paper examines the main characteristics of a clay used for manufacturing ceramic construction parts in the metropolitan area of San José de Cúcuta. The research was conducted using a sample of reddish clay of the Guayabo formation from the Zulia region in Norte de Santander. The material was ground by dry process and the suitable procedure for the preparation for the development of characterization analysis was performed as X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), particle sizes by dry sieving and technical 152H hydrometer. Their clay/quartz relationship, plasticity and behaviour in the process of drying and firing were determined. The forming process used was extrusion. The research results showed that the material is suitable for making structural and coating products for floors and walls, in addition to shedding excellent properties for manufacturing refractory products.

RESUMEN El presente trabajo estudia las principales características de una arcilla utilizada para la fabricación de piezas cerámicas de construcción del área metropolitana de San José de Cúcuta. La investigación se llevó a cabo utilizando una muestra arcillosa de tipología rojiza de la formación Guayabo de la región del Zulia en Norte de Santander. El material se molió por vía seca y se realizó el procedimiento de preparación adecuado para el desarrollo de los análisis de caracterización como fueron difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), granulometrías por tamizado en seco y por la técnica del hidrómetro 152 H. Se determinó su relación arcilla/cuarzo, su plasticidad y su comportamiento en el proceso de secado y cocción. El proceso de conformado utilizado fue el de extrusión. Los resultados de la investigación mostraron que el material es apto para fabricar productos estructurales y de revestimiento para pisos y paredes, además de arrojar excelentes propiedades para fabricar productos refractarios.

Fabrication of chitosan/bioactive glass composite scaffolds for medical applications

ABSTRACT In the current study, a bioactive glass (BG) powder was prepared by sol-gel technique in the system SiO2-CaO-P2O5, and both, bioactive glass precursors (BGi) and the powder of bioactive glass (BGp) were used to produce crosslinked chitosan composite scaffolds (CH/BGi and CH/BGp), which were produced by lyophilization. The bioactive glass was analyzed to know its composition, crystallinity and morphology through Raman Spectroscopy (RS), X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), respectively. In addition, compression strength tests were carried out on the resulting composite scaffolds. Experimental results show that the fabricated CH/BG scaffolds might be a promising composite biomaterial for bone tissue engineering, due to the XRD results, showing a pollutant-free biomaterial, and, SEM shows bioactive glass particles homogenously distributed within the chitosan matrix which suggested that the developed composite scaffolds possess the prerequisites for tissue engineering and these can be used for tissue engineering applications.

RESUMEN En el presente estudio, un polvo de vidrio bioactivo (VB) fue preparado por la técnica sol-gel en el sistema SiO2-CaO-P2O5, y ambos, precursores de vidrio bioactivo (VBi) y polvo de vidrio bioactivo (VBp) se utilizaron para producir andamios compuestos por quitosano y vidrio bioactivo (Qno/VBi y Qno/VBp), los cuales fueron producidos por liofilización. El vidrio bioactivo fue analizado para conocer su composición, cristalinidad y morfología a través de Espectroscopía Raman (RS), Difracción de Rayos X (DRX) y Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), respectivamente. Además, pruebas de resistencia a la compresión se llevaron a cabo sobre los andamios compuestos resultantes. Los resultados experimentales muestran que los andamios de Qno/VB podrían ser un biomaterial compuesto muy prometedor para ingeniería de tejido óseo, debido a los resultados de DRX, que muestra un biomaterial libre de contaminantes, además el SEM muestra partículas de vidrio bioactivo homogéneamente distribuidas dentro de la matriz de quitosano sugiriendo que los andamios de material compuesto desarrollados poseen los requisitos previos para la ingeniería de tejidos y que éstos pueden ser utilizados para aplicaciones de ingeniería de tejidos.

Evaluation of alternative microbial transglutaminase production from sorghum grain and distilled dried grains with solubles using computational simulation

Abstract Microbial transglutaminase (MTGase) is widely used as an additive in the food industry for improving the mechanical properties and texture of foods. The enzyme production process is expensive due to the cost of the components of the fermentation medium used, therefore, it was evaluated the possibility of using inexpensive raw materials for Streptomyces mobaraensis growth. An economic study of microbial transglutaminase (MTGase) production with a variety of raw materials would be a long process. The software SuperPro Designer® v7.5 was used, based on data obtained from pilot plant scale fermentations, to estimate the services, capital, and operating costs, and revenue of the product. The model showed an estimation of MTGase production costs using glucose obtained by enzymatic hydrolysis of sorghum grains supplemented with distilled dried grains with solubles (DDGS). The MTGase production plant using enzymatic hydrolysates yielded an annual gross income of 12.326 x 106 US$ and a return on investment time of 4.01 years.

Resumen La enzima Transglutaminasa microbiana (MTGasa) es ampliamente usada en la industria alimentaria como aditivo para mejorar las propiedades mecánicas y de textura de los alimentos. El proceso de producción de la enzima es caro debido al valor de los componentes del medio de fermentación utilizados, por ello se evaluó la posibilidad de utilizar materias primas baratas, como fuente de nutrientes para el crecimiento de Streptomyces mobaraensis. El estudio económico de la producción de MTGasa con una variedad de materias primas sería un proceso largo. El software de simulación de procesos industriales SuperPro Designer® v7.5 fue utilizado, basándose en datos obtenidos de fermentaciones a escala de banco, para estimar el consumo de servicios, costos de capital, costos de operación e ingreso por el producto. El modelo mostró el estimado de los costos de producción de MTGasa utilizando glucosa obtenida de la hidrólisis enzimática de granos de sorgo y suplementada con granos secos destilados con solubles (DDGS por sus siglas en inglés, Dried Distillers Grains with Solubles). En la planta productora de MTGasa, utilizando hidrolizados enzimáticos, se obtuvo una ganancia bruta anual de 12,326 x 106 US$ y un tiempo de recuperación de la inversión de 4.01 años.

Blast densification: A proposed methodology to quantify the amount of densification required to prevent liquefaction and flow in sandy soils

ABSTRACT This paper presents a methodology to quantify the amount of blast densification or number of passes required for a given project to prevent liquefaction and flow in saturated, loose sandy soils. The proposed methodology is based on the concepts of the critical state soil mechanics, and the number of passes is chosen so that the final state of stresses of the blasted layer is located below the critical state line of the soil, where a dilative response is expected. Field and laboratory results of a blast densification program conducted at a waste disposal landfill located in South Carolina, USA, are presented and used to evaluate the proposed approach. A step-by-step example is presented in detail for this purpose. This methodology could provide to engineers a rational manner to estimate how much improvement is required in the soil to meet the design objective of a particular project and the costs associated with it.

RESUMEN Este trabajo presenta una metodología para cuantificar el grado de densificación por explosivos o número de detonaciones requeridos para prevenir licuación y flujo en suelos arenosos sueltos y saturados, en un determinado proyecto. La metodología propuesta está basada en los conceptos de estado crítico de mecánica de suelos, y el número de detonaciones se escoge, de tal manera, que el estado final de esfuerzos del horizonte dinamitado, se localice por debajo de la línea de estado crítico del suelo, donde se espera una respuesta dilatante. Se presentan y utilizan los resultados obtenidos de ensayos de campo y laboratorio de un programa de densificación con explosivos en un relleno sanitario localizado en Carolina del Sur, Estados Unidos, con el objeto de evaluar el enfoque propuesto. Se presenta un ejemplo detallado paso a paso con éste propósito. Esta metodología puede proveer a ingenieros una manera racional de estimar que tanto mejoramiento se requiere en el suelo para alcanzar las condiciones de diseño de un proyecto en particular, así como los costos asociados a éste mejoramiento.

Nitrogen and cod removal from tannery wastewater using biological and physicochemical treatments

ABSTRACT An integrated wastewater treatment was evaluated for nitrogen and COD removal from a tannery effluent. The system was conformed by the combination of a biological treatment using a sequencing batch reactor (SBR) followed by a physicochemical treatment based in a coagulation-flocculation process. The contaminants in the tannery wastewater had average concentrations of 1546 mg COD·L−1, 200 mg TKN·L−1 and 121 mg N-NH4 +·L−1. The duration of a complete SBR operation cycle was 12 h. Dissolved oxygen (DO), pH and oxidation-reduction potential (ORP) were used to monitor biological nutrient removal process in the reactor. In addition, densities of nitrifying and denitrifying microorganisms in the mixed liquor were evaluated during the biological treatment. During physicochemical treatment, the concentrations of FeCl3.6H2O and sour brine (agroindustrial waste used as adjuvant) were 2.7 and 100 g·L-1, respectively (doses were 60 and 5 mL·L-1, respectively). Results show the integrated treatment system was effective to produce an effluent suitable for discharge into water bodies, according to the Venezuelan environmental regulations. Average effluent concentrations were 303 mg COD L−1, 35.1 mg TN·L−1 and 0.5 mg N-NH4 +·L-1, giving COD, TN and N-NH4 + removals of 80%, 82% and 99.6%, respectively. Profiles of ORP, DO and pH were efficient ways to monitor the evolution of biological nutrient removal and real-time control can be implemented in order to optimize the SBR operation. Finally, density of nitrifying bacteria was greater than density of denitrifying bacteria during biological treatment.

RESUMEN Se evaluó la remoción de DQO y nitrógeno de aguas residuales de una tenería usando un sistema integrado de tratamiento. El sistema estuvo conformado por la combinación de un tratamiento biológico usando un reactor por carga secuencial (SBR) seguido de un tratamiento fisicoquímico basado en un proceso de coagulación-floculación. Las concentraciones promedio de los contaminantes en el agua residual fueron 1546 mg·L-1 de DQO, 200 mg·L-1 de NTK y 121 mg·L-1 de N-NH4 +. La duración del ciclo en el SBR fue de 12 h. La concentración de oxígeno disuelto (OD), pH y potencial de óxido-reducción (POR) se usaron para monitorear el proceso de remoción biológica de nutrientes en el reactor. Adicionalmente, se determinó la densidad de microorganismos nitrificantes y desnitrificantes en el licor mezcla. Para el tratamiento fisicoquímico se emplearon concentraciones de 2,7 y 100 g·L-1 para el FeCl3.6H2O y amargos de salmuera (desecho agroindusrial usado como coadyuvante), las dosis fueron de 60 y 5 mL·L-1, respectivamente. Se obtuvo que el sistema integrado de tratamiento fue efectivo para producir un efluente apto para ser descargado a cuerpos de agua, según la normativa ambiental venezolana. Las concentraciones del efluente al final del tratamiento integrado fueron 303 mg·L-1 de DQO, 35,1 mg·L-1 de NT y 0,5 mg·L-1 de N-NH4 +, representando remociones de 80%, 82% y 99,6%, respectivamente. Los perfiles de POR, OD y pH resultaron ser una forma eficiente de evaluar la evolución de la remoción biológica de nutrientes, por tanto, el control en tiempo real puede ser implementado para optimizar el funcionamiento del SBR. Finalmente, la densidad de los microorganismos nitrificantes resultó ser mayor que la de los desnitrificantes durante el tratamiento biológico.

A comparison of linear and nonlinear model performance of shia_landslide: a forecasting model for rainfall-induced landslides

ABSTRACT Landslides are one of the main causes of global human and economic losses. Vulnerability to landslide hazards has increased due to expanded land urbanisation in areas with high landslide susceptibility. Therefore, landslide hazard assessment and the capacity to predict such phenomena have been a topic of great interest within the scientific community, with the goal of implementing early warning systems. SHIA_Landslide (Open and Distributed Hydrological Simulation & Landslides) is a conceptual and physically based model to analyse shallow landslide processes by incorporating a comprehensive distributed hydrological tank model that includes water storage in the soil coupled with a classical analysis of infinite-slope stability under saturated conditions. This paper compares the forecasting performance of linear and nonlinear SHIA_Landslide model. The results obtained for the La Arenosa Catchment during the September 21, 1990 rainstorm shows that the nonlinear SHIA_Landslide replicate more accurately landslides triggered by rainfall features.

RESUMEN Los deslizamientos son una de las principales causas de pérdidas humanas y económicas alrededor del mundo. La vulnerabilidad a la amenaza por deslizamientos se ha incrementado debido a la ocupación de áreas con alta susceptibilidad a deslizamientos. Por lo tanto, la evaluación de la amenaza y la capacidad de predecir estos fenómenos ha sido un tema de gran interés en la comunidad científica, con el objetivo de implementar sistemas de alerta temprana. SHIA_Landslide (Simulación HIdrológica Abierta y distribuida para deslizamientos detonados por lluvia) es un modelo conceptual y de base física para analizar los procesos que dan lugar a deslizamientos superficiales mediante la incorporación de un modelo hidrológico distribuido de tanques completo que incluye el almacenamiento de agua en el suelo, junto con un análisis clásico de estabilidad de talud infinito en condiciones saturadas. En este trabajo se compara el desempeño del modelo SHIA_Landslide lineal y no lineal. Los resultados obtenidos para la cuenca de La Arenosa durante el evento del 21 de septiembre de 1990 señalan que el modelo SHIA_Landslide no lineal presenta con mayor precisión las características asociadas a los deslizamientos detonados por lluvias.

Effects of environmental aging and ultra violet radiation on asphalt mixture dynamic modulus, permanent deformation and fatigue life

ABSTRACT The aging process causes changes in the properties of asphalt mixtures, such as weak adhesion of mineral aggregates to the asphalt and increase of asphalt’s rigidity and viscosity, which in turn directly affect the durability of asphalt pavement. This study aims to evaluate the behavior of asphalt mixtures at different aging stages through the comparison of samples treated under ultraviolet radiation and samples extracted from the field. Laboratory mixtures were prepared from one aggregate source and one asphalt cement. Four types of asphalt mixtures were analyzed: un-aged, laboratory-aged - UV and Pressure Aging Vessel, and field-aged. For laboratory accelerated aging a UV radiation chamber was designed and samples were exposed to 100, 200 and 500-hour treatment periods. Samples aged in the field were obtained from in-service pavements of 1.5 to 11 years after construction. Mechanical behavior was evaluated through dynamic modulus, rutting and trapezoidal fatigue. Results showed that when aging time increases all samples undergone significant increases in dynamic moduli up to two times of unaged mixtures. Permanent deformation exhibited better resistance in aged mixtures than the unaged ones. On the other side, aging affected negatively fatigue life due to significant changes in the slope of fatigue law. Accelerated aging by UV chamber simulated up to 1.5 years in fatigue life and 11 years in permanent deformation performance.

RESUMEN El envejecimiento produce cambios en las propiedades de las mezclas asfálticas como debilitar la adhesión asfalto - agregado y el incremento de la rigidez y la viscosidad del asfalto. Adicionalmente, esos cambios afectan la durabilidad del pavimento asfáltico. El objetivo de este estudio es evaluar el comportamiento de las mezclas asfálticas bajo diferentes condiciones de envejecimiento comparando muestras sometidas a envejecimiento en cámara de radiación UV y otras extraídas de vías en terreno. Las mezclas de laboratorio se fabricaron con material granular de una fuente y un cemento asfaltico. Cuatro grupos de mezclas se analizaron: No envejecidas, envejecidas en laboratorio mediante UV y Vaso de envejecimiento presión y envejecidas en campo. Para el tratamiento de envejecimiento por radiación ultravioleta, se diseñó una cámara y las muestras se trataron en periodos de 100, 200 y 500 horas. Se extrajeron muestras de pavimentos en servicio de edades entre 1.5 y 11 años después de la construcción. El comportamiento mecánico se evaluó mediante ensayos de modulo dinámico, deformación permanente y fatiga trapezoidal. Lo resultados mostraron que el envejecimiento incrementa la rigidez del material hasta dos veces con respecto al material sin envejecer. La deformación permanente muestra un mejor desempeño en las muestras envejecidas que en aquella sin exposición al envejecimiento. Por otro lado, el envejecimiento afecta de manera negativa la vida de fatiga dado que se presentan cambios significativos en la pendiente de la ley de fatiga. El envejecimiento acelerado mediante la cámara de radiación ultravioleta simuló hasta un año y medio de vida a fatiga y hasta once años en la deformación permanente.

Hibernate and spring - An analysis of maintainability against performance

ABSTRACT Web application frameworks and ORM tools reduce time and effort needed when developing quality applications; but, since they are numerous and heterogeneous choosing the best suited is not an easy task. The comparative studies of these tools do not consider case studies of the necessary complexity to precisely measure their advantages and disadvantages. In order to contribute to the solution of this problem, we measured the HIBERNATE ORM response times for different queries in a rather complex case study with different database sizes, and compared the results with the ones obtained by using manually coded queries. Our comparison is relevant because even though ORMs are an important maintainability factor, not optimal queries can lead to bottle necks.

RESUMEN Los frameworks para el desarrollo de aplicaciones web y las herramientas ORM permiten reducir el tiempo y esfuerzo al producir aplicaciones de software de calidad. Se han hecho estudios comparativos sobre estas herramientas pero dado que son numerosas y heterogéneas, escoger la más adecuada no es fácil. Hay estudios comparativos sobre estas herramientas, sin embargo no consideraron un dominio suficientemente complejo que permitan medir más precisamente sus ventajas y desventajas. Para aportar en la solución, comparamos el tiempo de respuesta de diferentes consultas en un dominio más complejo y con diferentes tamaños de base de datos. La comparación basada en este aspecto es importante ya que los ORM son un factor de mantenibilidad importante y porque consultas no optimizadas pueden conducir a cuellos de botella.

Automatic detection of hypernasal speech of children with cleft lip and palate from spanish vowels and words using classical measures and nonlinear analysis

Abstract This paper presents a system for the automatic detection of hypernasal speech signals based on the combination of two different characterization approaches applied to the five spanish vowels and two selected words. The first approach is based on classical features such as pitch period perturbations, noise measures, and Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCC). The second approach is based on the Non-Linear Dynamics (NLD) analysis. The most relevant features are selected and sorted using two techniques: Principal Components Analysis (PCA) and Sequential Forward Floating Selection (SFFS). The decision about whether a voice record is hypernasal or healthy is taken using a Soft Margin - Support Vector Machine (SM-SVM). Experiments upon recordings of the five Spanish vowels and the words /coco/ and /gato/ are performed considering three different set of features: (1) the classical approach, (2) the NLD analysis, and (3) the combination of the classical and NLD measures. In general, the accuracies are higher and more stable when the classical and NLD features are combined, indicating that the NLD analysis is complementary to the classical approach.

Resumen Este artículo presenta un sistema para la detección automática de señales de voz hipernasales basado en la combinación de dos diferentes esquemas de caracterización aplicados en las cinco vocales del español y dos palabras seleccionadas. El primer esquema está basado en características clásicas como perturbaciones del periodo fundamental, medidas de ruido y coeficientes cepstrales en la frecuencia de Mel. El segundo enfoque está basado en medidas de dinámica no lineal. Las características más relevantes son seleccionadas usando dos técnicas: análisis de componentes principales y selección flotante hacia adelante secuencial. La decisión acerca de si un registro de voz es hipernasal o sano es tomada usando una máquina de soporte vectorial de margen suave. Los experimentos consideran grabaciones de las cinco vocales del idioma español y las palabras /coco/ y /gato/, y se consideran, asimismo, tres conjuntos de características: (1) el enfoque clásico, (2) el análisis de dinámica no lineal y (3) la combinación de ambos esquemas. En general, los aciertos son mayores y más estables cuando las características clásicas y no lineales son combinadas, indicando que el análisis de dinámica no lineal se complementa con el esquema clásico.

Machine vision system for weed detection using image filtering in vegetables crops

Abstract This work presents a machine vision system for weed detection in vegetable crops using outdoor images, avoiding lighting and sharpness problems during acquisition step. This development will be a module for a weed removal mobile robot with camera obscura (Latin for “dark room”) for lighting controlled conditions. The purpose of this paper is to develop a useful algorithm to discriminate weed, using image filtering to extract color and area features, then, a process to label each object in the scene is implemented, finally, a classification based on area is proposed, including sensitivity, specificity, positive and negative predicted values in order to evaluate algorithm performance.

Resumen El presente trabajo expone un sistema de visión de máquina para la detección de maleza en cultivos de hortalizas, usando imágenes exteriores, evadiendo problemas de iluminación y nitidez durante la etapa de adquisición, ya que el presente desarrollo será un módulo para un robot móvil removedor de maleza con una cámara oscura para controlar las condiciones de luz. El enfoque de diseño se enmarca en el desarrollo de un algoritmo útil para discriminar maleza usando filtros en la imagen extrayendo características de color y área, luego se implementa un proceso de etiquetado para cada objeto en la escena. Finalmente, una clasificación basada en área es propuesta incluyendo el cálculo de los índices de sensibilidad, especificidad, valores predictivos positivos y negativos con el fin de evaluar el rendimiento del algoritmo.

Reconstruction of multispectral light field (5d plenoptic function) based on compressive sensing with colored coded apertures from 2D projections

Abstract In the last decade, spatio - angular (light field) acquisition systems have advanced due to the inclusion of coded apertures in the optical path. These coded apertures, modulate the light, encoding the information before being captured. Traditionally, these coded apertures are binary, i.e. block and unblock the light rays in the spatial dimension, capturing sparse information of the scene. In this work, the binary coded aperture is replaced by a colored coded aperture which modulates the source not only spatially but spectrally. Thereby, it is possible to capture light fields in multiple wavelengths yielding high spectral resolution. The spectral information provides many features of a scene in different wavelengths, these features are not present in the visible range of the electromagnetic spectrum. In this paper, an algorithm that simulates the light field sampling with colored coded apertures is proposed. The proposed algorithm, exploits the redundant information of the scene based on the compressive sensing theory thus, capturing just a sparse signal. The multidimensional image can be recovered from the underlying signal through a reconstruction algorithm. Several simulations show the quality of the multispectral light field reconstructions. The PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) values obtained for the reconstructions are around 25 dB.

Resumen Los sistemas de adquisición de información espacio - angular en 4D o campos de luz, han avanzado en la última década debido a la inclusión de aperturas codificadas en el camino óptico del sistema. Dichas aperturas, modulan la luz codificando la información antes de ser capturada. Tradicionalmente, estas aperturas codificadas son aperturas binarias, es decir, bloquean o dejan pasar los rayos de luz en la dimensión espacial haciendo que se capture información dispersa de la escena. En este trabajo, se reemplazan las aperturas binarias por aperturas codificadas de color, que además de modular la luz espacialmente lo hacen espectralmente. De esta forma, es posible adquirir campos de luz en múltiples longitudes de onda y aumentar su resolución espectral. La importancia de obtener información en el espectro radica en que es posible capturar características que no están presentes en el rango visible del espectro electromagnético. En este artículo, se propone un algoritmo que simula la adquisición de una imagen de campo de luz usando aperturas codificadas de color. El sistema propuesto aprovecha la redundancia de información que se presenta en la escena basándose en la teoría del muestreo compresivo, así, solo se captura una señal dispersa de la escena. La imagen multidimensional es recuperada a partir de dicha señal mediante un algoritmo de reconstrucción. Los resultados de simulación muestran la calidad de reconstrucción del campo de luz multiespectral. La calidad de las reconstrucciones obtenidas es de alrededor de 25 dB en PSNR.

A novel method for fuzzy scale factors scheduling in fuzzy PD+I with anti-windup system controllers

Abstract The adjustment of scale factors in fuzzy controllers is a key factor in their correct functioning. In two-inputs fuzzy PID controllers, such as fuzzy PI+D (FPI+D) and fuzzy PD+I (FPD+I), the adjustment of scale factors is directly related to the adjustment of the gains of a PID controller using some of the traditional methods of adjustment. In systems that have control signal saturation, fuzzy PID controllers require anti-windup systems (AW) that limit the controller’s integral action. In these situations, the adjustments of scale factors are not directly related to the adjustment of gains of a PID controller. Its use increases the overall gain system and creates an unbounded controller, which causes a faster response in the transient state but an oscillatory behavior and even critical stability in the steady state of the response. A solution to this problem is to reduce the output scale factor, to create a bounded controller, in which the tracking time constant is augmented. Consequently, the system presents more bounded oscillations in the steady state, but the transient response is slower. The main motivation of this research was to develop an approach for adjusting fuzzy PD+I controllers with an anti-windup system (FPD+I AW) with faster response in the transient state and without oscillatory behavior in the steady state. This approach uses a second fuzzy controller, which adjusts the output scale factor and the tracking time constant according to the actual system error. To verify the effectiveness of the proposed approach, a fuzzy PD+I controller with an AW system based on tracking back calculation and fuzzy scale factor scheduling (FPD+I AW-FSFS) was implemented and used to control the speed in a direct current motor with control signal saturation and was compared with the responses of FPD+I unbounded and FPD+I bounded controllers with AWs based on tracking back calculation, thereby proving the effectiveness of the proposed method.

Resumen El ajuste de los factores de escala en los controladores difusos es un factor clave para su correcto funcionamiento. En controladores difusos PID con dos entradas, como los controladores difusos PI+D (FPI+D) y PD+I (FPD+I), el ajuste de los factores de escala está directamente relacionado con el ajuste de las ganancias de un controlador PID, utilizando alguno de los métodos tradicionales de ajuste. En sistemas que presentan saturación en la señal de control, los controladores difusos PID requieren un sistema de anti-windup (AW) que limite la acción integral del controlador. En estos casos, el ajuste de los factores de escala no está relacionado directamente al ajuste de las ganancias de un controlador PID. Utilizar este ajuste de ganancias, incrementa la ganancia general del sistema, creando un controlador sin acotar, el cual presenta una rápida respuesta en el estado transitorio, pero un comportamiento oscilatorio, e incluso críticamente inestable en la respuesta en estado estable. Una solución a este problema es reducir el factor de escala de salida, creando un controlador acotado, con lo cual la constante de tiempo de seguimiento se incrementa. Con ello el sistema presenta oscilaciones más acotadas en el estado estacionario, pero su estado transitorio es más lento. La principal motivación de esta investigación fue obtener un método para ajustar controladores difusos PD+I con sistema anti-windup (FPD+I AW) con una respuesta rápida en estado transitorio y sin que presenten un comportamiento oscilatorio en estado estable, utilizando para ello un segundo controlador difuso, el cual ajusta el factor de escala de salida y la constante de tiempo de seguimiento de acuerdo al error actual del sistema. Para verificar el método propuesto, un controlador difuso PD+I con sistema anti-windup basado en la técnica de cálculo de retorno y programación difusa de los factores de escala (FPD+I AW-FSFS) fue implementado y utilizado para controlar la velocidad de un motor de corriente directa con saturación en la señal de control y su respuesta fue comparada con las respuestas de los controladores FPD+I sin acotamiento y FPD+I acotado, todos con AW basado en la técnica de cálculo de retorno, demostrando así la eficacia del método propuesto.

Power deposition influence on the electrical and optical properties of Sn1-xO2Nbx thin films obtained by sputtering

Abstract In a solid, the electrical conductivity and optical transparency seem to be two contradictory physical properties. Conductive materials are opaque, and transparent solids are electrical insulators. Combinations of these two physical properties in a material make it appropriate for application in many optoelectronic devices. The coincidence of these two properties has been mainly ascribed to point defects in the crystal lattice. In this work, we performed structural, electrical and optical characterization of thin films of one of the most promising transparent conductive oxides Sn1-xO2Nbx. The films were grown on glass substrates by RF magnetron sputtering technique. As the deposition power was varied, it was found that the electrical conductivity of the films increased with increasing power deposition, and they showed a preferential growth in the (200) direction. All films exhibited optical transmittance in the visible range larger than 80%.

Resumen En un sólido la buena conductividad eléctrica y la transparencia óptica parecen ser 2 propiedades contradictorias. Los materiales conductores son opacos, y los sólidos transparentes son aislantes eléctricos. La combinación de estas dos propiedades en un material lo hacen muy atractivo para una gran cantidad de aplicaciones optoelectrónicas. En este trabajo se realiza la caracterización estructural óptica y eléctrica de uno de los óxidos conductores transparentes más prometedores, el Sn1-xO2Nbx. Las películas fueron crecidas sobre sustratos de vidrio por la técnica de sputtering RF. Al cambiar la potencia de deposición se halló que la conductividad eléctrica de las películas crecía al aumentar la potencia de deposición, lo cual coincidía con un crecimiento preferencial de las películas en el plano (200). Todas las películas muestran una transmitancia mayor al 80 % en el rango visible.