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Straightforward Construction Activities Developed by Unmanned Aerial Systems

Resumen Contexto: Los vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés) han tomado gran relevancia en los últimos años, al integrarse en diversos sectores de la economía, como el agrícola, energético, público, construcción, entre otros. Precisamente, en este último sector, se han venido realizando avances que permiten la manipulación, transporte e identificación de elementos propios del sector, así como la cooperación entre distintos robots aéreos o robots terrestres para solucionar el problema de límite de carga, asociado a los UAV. Método: Este trabajo está dividido en cuatro categorías en las que los UAV y los sistemas aéreos no tripulados (UAS, por su sigla en inglés) han aportado al desarrollo de actividades de construcción de forma autónoma. Se realiza una búsqueda exhaustiva mediante Google Scholar empleando palabras claves tales como “UAV”, “robotics”, “UAS”, “construction”, “cooperation”, “architecture” y “assembly”, las cuales permiten identificar trabajos desarrollados en este campo. En la búsqueda se realiza combinaciones entre las distintas palabras con el fin de reducir el amplio panorama que se presenta al utilizar tan solo una de ellas. Resultados: Se obtiene un panorama de diversos sistemas aéreos no tripulados que ejecutan tareas simples que conlleven la automatización del sector de la construcción; en ese sentido, se enumeran las características, virtudes y limitantes actuales de estos sistemas, así como, los desafíos que se proponen a futuro. Conclusiones: El mercado actual de UAV está orientado principalmente a sistemas teleoperados; sin embargo, centros de investigación han venido desarrollando UAV y UAS más autónomos. La baja capacidad de carga de estos sistemas ha sido compensada con la cooperación entre robots aéreos, terrestres e, inclusive, humanos. Dicha cooperación exige la creación de algoritmos que coordinen todos los agentes que intervienen en el sistema. Se deben tener en cuenta las condiciones del entorno de construcción, así como, la precisión y estabilidad de estos sistemas.

Abstract Context: Unmanned aerial vehicles (UAV) have become very important in recent years, integrating these robots into various sectors of the economy, such as agriculture, energy, public, construction, among others; precisely in this last mentioned sector (construction), advances have been made, allowing the manipulation, transport and identification of building elements, as well as cooperation between different aerial robots and/or ground robots to solve the payload limit problem, associated with UAVs. Method: This paper is divided into four categories where UAVs and UAS have been contributing to the development of construction activities autonomously. The first category presents works in which UAS build modular architectural structures; the second category exposes works in which UAVs are equipped with robotic arms to perform manipulation tasks; the third category presents works of cooperation between aerial robots and robots; finally, the fourth category presents unmanned aerial systems for payload transportation. Results: An overview of various unmanned aerial systems is obtained by performing simple tasks that lead to the automation of the construction sector. The current characteristics, virtues and limitations of these systems are shown, as well as the challenges that are proposed for the future. Conclusions: The current market for UAVs is mainly oriented towards teleoperated systems; however, research centers have been developing more autonomous UAVs and UASs. The low payload capacity of these systems has been compensated with the cooperation between aerial, terrestrial and even human robots. This same cooperation requires the creation of algorithms that coordinate all the agents that intervene in the system. The conditions of the construction environment must be taken into account, as well as the precision and stability of these systems.

Operational evaluation of BRT corridor using microscopic simulation on 68’ avenue corridor at Bogotá city

Resumen Contexto: Para solucionar la problemática del transporte público de pasajeros que existía en la ciudad de Bogotá, para el año 2001 inició a operar un sistema de transporte basado en buses de tránsito rápido (BRT, por su sigla en inglés) llamado TransMilenio, que fue construido sobre algunos corredores viales de la ciudad, como la avenida Caracas, Autopista Norte, entre otras. La avenida 68 es una ruta esencial que conecta el suroriente con el noroccidente de Bogotá y forma parte de las etapas donde se adelanta la implementación de correderos para el BRT. Métodología: En el presente estudio se evaluó un kilómetro de esta avenida, donde se encuentra un tramo crítico de la proyección del futuro BRT que contiene tres intersecciones semaforizadas en la actualidad. Para la zona de estudio, se evalúa una secuencia de etapas que inicia con la instalación de carril exclusivo del BRT en la línea central de la avenida 68 sobre los actuales carriles rápidos en cada sentido del flujo vehicular; posteriormente, la construcción de una glorieta en la intersección con la avenida Suba, y finalmente, la adición de carriles para los vehículos mixtos en el mediano y largo plazo. Para esto se plantea un modelo calibrado en la herramienta VISSIM con los datos de volúmenes aforados en la zona, la composición vehicular y el reporte de velocidades. Resultados: Mediante la implementación gradual de las modificaciones propuestas se logra mejorar la condición operacional del tramo (incremento de la velocidad promedio de 17 km/h a 35 km/h) que se sostiene en el periodo de estudio. Conclusiones: La solución permanente a la movilidad requiere la construcción de carriles adicionales para el tránsito mixto que logra una condición operacional similar a las del BRT, y donde la velocidad de operación promedio del TransMilenio es de 38 km/h en todo el periodo de estudio y a veinte años.

Abstract Context: In order to solve the problem of public passenger transportation that existed in the city of Bogotá, in 2001 a Bus Rapid Transit (BRT) system called TrannsMilenio began to operate, which was built on some of the city’s road corridors, such as Caracas Avenue and Autopista Norte, among others. Av. 68 is an essential route that connects the southeast with the northwest of Bogota and is part of the stages where the implementation of BRT corridors is underway. Methodology: In this study, one kilometer of this avenue was evaluated, where a critical section of the future BRT projection is located, containing three traffic signalized intersections at present. A sequence of stages is proposed and evaluated in the area studied, starting with the installation of an exclusive BRT lane on the center line of Av. 68 on the existing express lanes in each direction of the vehicular route, next the construction of a roundabout at the intersection with Av. Suba and finally, the addition of mixed vehicle lanes. Evaluations are carried out by using calibrated model in the VISSIM software with the volume, vehicle composition and velocity data collected. Results: The results show that the gradual implementation of the proposed modification improves the operational condition of the roadway segment (average speed increases from 17 to 35 km/h) and is sustained throughout the study period. Conclusions: The permanent transport solution requires the construction of additional mixed traffic lanes to main- tain the operational status of mixed traffic. and where the average operating speed of the Transmilenio is 38 km/h over the entire study period and 20 years.

Analysis of the knowledge transfer model in the Colombian palm oil sector

Resumen Contexto: La cadena de valor en el proceso de transformación de un bien involucra la interacción estratégica y coordinada de agentes externos e internos en la generación de valor. El aceite de palma es un producto de relevancia mundial que forma parte de un sector dinámico en términos de su producción y comercialización por parte de múltiples empresas, por lo que es pertinente comprender cómo se obtiene, gestiona y transfiere el conocimiento para poder permanecer en un mercado altamente competitivo. Métodología: Se soportó en el estudio de caso a partir de la información de 65 encuestas semiestructuradas aplicadas a agentes comerciales y no comerciales del sector, al cual fue contrastada a través del método de triangulación de Denzen, y analizada tanto por medio de codificación descriptiva y abierta, como a partir de una depuración y categorización. Resultados: Los requerimientos de conocimiento especializado por parte de los productores, para mejorar su eficiencia y mitigar los impactos medioambientales derivados del proceso productivo, son gestionados por un agente centralizador que administra la generación y transferencia de conocimiento. Conclusiones: Los entes científicos encargados de generar y transferir conocimiento, así como las organizaciones responsables de la regulación medioambiental operan de forma restringida y discriminatoria con los productores debido a sus limitaciones en términos de disponibilidad de recursos y su ubicación geográfica.

Abstract Context: The value chain in the production process of a good involves the strategic and coordinated interaction of external and internal agents in the value generation process. Palm oil is a globally relevant product that is part of a dynamic sector in terms of its production and commercialization by multiple companies, so it is necessary to understand how knowledge is obtained, managed, and transferred to remain in a highly competitive market. Methodology: A case study methodology was developed based on the information from 65 semi-structured surveys applied to commercial and non-commercial agents in the sector, which was contrasted through Denzen’s triangulation method, analyzed by means of descriptive and open coding, and finally interpreted through a process of purification and categorization of the compiled information. Results: The specialized knowledge requirements of producers to improve their efficiency and mitigate the environmental impacts derived from the production process are managed by a centralizing agent who administers the processes of knowledge generation and transfer. Conclusions: Scientific institutions in charge of generating and transferring knowledge as well as organizations responsible for environmental regulation operate in a restricted and discriminatory manner with producers due to their limitations in terms of resource availability and geographical location.

Simulation of pollution levels in a section of the Sogamoso River by coupling the Lattice -Boltzmann and Finite Differences methods

Resumen Objetivo: El modelado de flujos y contaminantes enfrenta grandes desafíos que van desde la definición de geometrías complejas hasta la convergencia del algoritmo y la determinación de los parámetros del modelo. El método presentado aquí aborda este problema a través de una aplicación conjunta de los métodos de Lattice-Boltzmann y diferencias finitas. La solución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes y advección-difusión permite simular los niveles de dispersión de la contaminación espaciotemporal en una fuente hídrica. Metodología: El método resolvió las ecuaciones de Navier-Stokes a través de la propuesta de Lattice Boltzmann, que proporciona el campo vectorial de velocidades del fluido. La solución de la ecuación de difusión-advección por diferencia finita requiere este campo de velocidad conocido. La solución codificada en C++, primero digitaliza el mapa, etiqueta cada píxel del mapa como fluido o sólido. El código usa la imagen digital para configurar la geometría de la zona de flujo, luego simula la dinámica del fluido y la concentración del contaminante. La comparación entre las soluciones analíticas de modelos ideales advectivodifusivo, y las obtenidas a través de este método, facilita la medición de la confiabilidad del método; aplicado a una sección del río Sogamoso (Colombia), el algoritmo arrojó la velocidad, la presión y la concentración del agente. Resultados: Se encontró que el término advectivo predomina en gran parte de cada uno de los tramos del río Sogamoso. Sin embargo, hay una sección en el tramo superior, en donde predomina la componente difusiva. Esto ocurre porque allí la velocidad es muy baja. Conclusiones: Los resultados señalan la confiabilidad, estabilidad y robustez del método para simular fenómenos de advección-difusión en cuerpos con geometrías irregulares.

Abstract Objective: The modeling of flow sand pollutants faces defiant challenges, ranging from the definition of complex geometries to the convergence of the algorithm and determination of the model parameters. The method presented here faces this problem through a joint application of the Lattice-Boltzmann methods and finite differences. The numerical solution of the both Navier-Stokes, and Advection Diffusion equations allow simulating the spread levels of spatial and temporal contamination in a water source. Methodology: The method solved the Navier-Stokes equations using the Lattice Boltzmann method, which provides the fluid velocities vector field. The solution of diffusion - advection equation by finite difference requires this known velocity field. The C++ encoded solution, first digitizes the map, labeling each pixel on the map as fluid or solid. The code uses the digital image to setup geometry the flow zone, then simulate the fluid dynamics and concentration of the contaminant. The comparison between the analytical solutions of ideal advective -diffusive models with the obtained through this method, allow the measurement of the method reliability. Applied to a section of the Sogamoso river Colombia, the algorithm yielded the agent’s velocity, pressure, and concentration. Results: It was found that the advective term predominates in each of the sections of the Sogamoso River. However, there is a section in the upper section, where the difussive component predominates. This happens because there the speed very low. Conclusions: The obtained results point out the reliability, stability, and robustness of the method to simulate advection-diffusion phenomena in bodies with irregular geometries.

Learning programming computer using STEAMRW in Systems Engineering

Resumen Objetivo: El propósito de la investigación consiste en comparar, a partir de los datos tanto cuantitativos como cualitativos, el aporte de la estrategia STEAMRW al proceso de aprendizaje de la programación de computadores. Métodología: En el presente artículo se exponen los resultados obtenidos en dos cursos paralelos de programación a lo largo de tres años. En uno de ellos se adoptó la metodología STEAM con lectoescritura (RW) activa y constante, y en el otro se impartió el curso a partir de la metodología tradicional de enseñanza universitaria. Resultados: Según los hallazgos, la metodología STEAMRW le provee al estudiante una serie de competencias allende el simple conocimiento temático y que son determinantes para el desarrollo de su perfil profesional en el siglo XXI. Conclusiones: Se concluye que es muy conveniente que se capacite a los docentes ingenieros de programas de Ingeniería para que comprendan la dimensión de esta metodología, y las ventajas a las cuales pueden acceder desde la perspectiva del aprendizaje por parte de sus alumnos. Financiación: Proyecto de investigación sin financiación.

Abstract Objective: The purpose of the research was to compare, from both quantitative and qualitative data, the use of STEAMRW in the learning computer programming process in Systems Engineering. Methodology: This article shows the results of a research made in an Engineering program in two parallel computer programming courses over three years. In one of them the STEAM methodology was adopted complementing with active and constant Reading / Writing (RW) strategy and in the other course, this was taught based on the traditional methodology of university teaching. Results: The findings demonstrate that the STEAMRW methodology provides the student with a series of compe- tencies that go beyond simple thematic knowledge and are decisive for improve their professional skills in the 21st century. Conclusions: It is concluded that it is very convenient for teachers of engineering programs to be trained in it so that they understand the dimension of this methodology and the advantages they can access from the perspective of learning by their students. Financing: This is a Project without financing.

Wastewater treatment in Colombia and bioelectrochemical systems, uses and perspectives

Resumen Contexto: En Colombia, la baja cobertura de plantas de tratamiento de aguas residuales conlleva a una compleja problemática ambiental, ya que estas aguas son usadas generalmente como sistemas de riego para cultivos y, en ocasiones, para el consumo humano en zonas rurales. Objetivo: Informar acerca del saneamiento básico de las aguas residuales, los sistemas de tratamiento, el uso de microorganismos exoelectrogénicos en biorreactores, así como, los avances reportados frente al uso de los sistemas bioelectroquímicos y su posible implementación en Colombia. Métodología: Se describe la capacidad y cobertura de los sistemas de tratamiento en las regiones del país; posteriormente, se presenta el fundamento teórico de los microorganismos que interactúan en los sistemas bioelectroquímicos; y se documenta el uso de esta tecnología para depurar contaminantes. Resultados: El uso de bacterias exoelectroquímicas puede degradar carga orgánica contenida en las aguas residuales; los sistemas bioelectroquímicos aprovechan la capacidad de los microorganismos para transferir electrones a través de un circuito eléctrico por medio de voltaje, y obtener energía en forma de corriente eléctrica o combustibles con alto poder calorífico. Conclusiones: La implementación de estos sistemas en Colombia requiere de inversión tecnológica, humana y de infraestructura en las principales plantas de tratamiento de aguas residuales, dada la complejidad y variabilidad de los fenómenos bioelectroquímicos asociados a la conversión de materia orgánica.

Abstract Context: In Colombia, the poor coverage in wastewater plants entails a complex environment issue, because water is generally used to irrigation of agricultural crops and sometimes for human consumption in rural areas. Objective: To brief about wastewater basic sanitation, the treatment systems, the use of exoelectrogenic microorganisms, as well, the progress reported about the use of bioelectrochemical system and the possible implementation in Colombia. Methodology: The capacity and coverage of treatment systems are described by region; subsequently, present the microorganisms theorical principles that interact in bioelectrochemical system; and the uses of this technology to remove pollutants is documented, for purify pollutants. Results: The use of exoelectrochemical bacteria can oxidize organic pollutants present in wastewater; the bioelectrochemical systems take advantage the capacity of microorganisms to transfer electrons through an electrical circuit by means as voltage, and obtain energy by electric current or compounds with high calorific power. Conclusions: The Implementation of that systems in Colombia required technological, human and infrastructure investment in the main wastewater plants, according to the complex and variability of the bioelectrochemical phenomes associated with the conversion of organic matter.