Monitoreo con drones en gráficas con viento dinámico

Jovanni Manuel López Elisea (2024, [Tesis de maestría])

108 páginas. Maestría en Optimización.

Dada una gráfica completa no dirigida, se desea recorrer un subconjunto de sus aristas usando una flotilla de drones. Los drones tienen baterías limitadas que pueden recargarse al regresar a la base y, en principio, el tiempo para recorrer una arista está en función de la distancia entre sus vértices. Sin embargo, ante la presencia de viento el tiempo de recorrer una arista puede depender del sentido en el que se haga. La dificultad del problema aumenta si además la intensidad del viento puede variar de un instante a otro. En esta tesis se aborda el problema anteriormente descrito para el caso particular en el que los vértices son puntos en el plano, el impacto del viento en los tiempos de recorrido de las aristas está relativamente acotado y el subconjunto de las aristas a recorrer inducen un árbol que abarca todos los vértices excepto la base de los drones. Dado que los drones operan simultáneamente y pueden recorrer distintas partes de la gráfica de manera independiente, se desea minimizar el tiempo que emplea el dron con el recorrido más tardado. Esta tesis presenta un modelo matemático para resolver el problema de manera exacta, así como tres heurísticas diferentes para obtener buenas soluciones factibles. La primera de estas heurísticas transforma una solución sin viento y sin batería en una solución con viento y batería. La segunda heurística es un algoritmo glotón sin comunicación entre los drones y la última heurística también es un algoritmo glotón, pero con comunicación entre los drones. Aunque el problema abordado resulta ser lo suficientemente difícil como para que su resolución exacta sea inviable en la práctica, las heurísticas diseñadas son fáciles de implementar y obtuvieron resultados razonables en un tiempo corto de cómputo.

Drone aircraft--Control systems. Drone aircraft--Mathematical models. Mathematical optimization. Heuristic programming. Dynamical systems. Graph theory. Micro vehículos aéreos. Optimización matemática. Programación heurística. Teoría de grafos. TL589.4 CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA MATEMÁTICAS INVESTIGACIÓN OPERATIVA DISTRIBUCIÓN Y TRANSPORTE

Does access to improved grain storage technology increase farmers' welfare? Experimental evidence from maize farming in Ethiopia

Hugo De Groote Bart Minten (2024, [Artículo])

Seasonal price variability for cereals is two to three times higher in Africa than on the international reference market. Seasonality is even more pronounced when access to appropriate storage and opportunities for price arbitrage are limited. As smallholder farmers typically sell their production after harvest, when prices are low, this leads to lower incomes as well as higher food insecurity during the lean season, when prices are high. One solution to reduce seasonal stress is the use of improved storage technologies. Using data from a randomised controlled trial, in a major maize-growing region of Western Ethiopia, we study the impact of hermetic bags, a technology that protects stored grain against insect pests, so that the grain can be stored longer. Despite considerable price seasonality—maize prices in the lean season are 36% higher than after harvesting—we find no evidence that hermetic bags improve welfare, except that access to these bags allowed for a marginally longer storage period of maize intended for sale by 2 weeks. But this did not translate into measurable welfare gains as we found no changes in any of our welfare outcome indicators. This ‘near-null’ effect is due to the fact that maize storage losses in our study region are relatively lower than previous studies suggested—around 10% of the quantity stored—likely because of the widespread use of an alternative to protect maize during storage, for example a cheap but highly toxic fumigant. These findings are important for policies that seek to promote improved storage technologies in these settings.

Hermetic Storage Randomised Controlled Trial CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA STORAGE PILOT FARMS SEASONALITY WELFARE MAIZE

Investigation of the impact of Arundo donax in Mexico and evaluation of candidate biological control agents

MARICELA MARTINEZ JIMENEZ (2018, [Documento de trabajo])

The arrival and spread of non-native species into new environments is a serious threat to ecosystems, that is the case of Arundo donax L. (Poaceae Arundinoideae), a perennial grass native to the western Mediterranean to India. Arundo donax was introduced to North America from the Iberian Peninsula within the last 500 years and is now a widespread and invasive weed in the Rio Grande Basin, (the border line between Mexico and the United States) and in almost all the basins in Mexico. This plant is extremely invasive and damaging, affecting especially water supplies. In many parts of Mexico, precipitation and inflows periodically decline and result in a drought, for this reason water conservation programs have to consider the inclusion of control programs of this plant. In Mexico, A. donax is managed by cutting the stems, which is ineffective because of prolific asexual reproduction from an extensive rhizome system, and by using herbicides. However, evidence of serious harm to health and the environment of chemical control indicates that the herbicides are not desirable for it use in shorelines of water bodies where Arundo's infestations are established.

Especies invasoras Impacto ambiental Control de malezas Control biológico BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Weed management and tillage effect on rainfed maize production in three agro-ecologies in Mexico

Simon Fonteyne Abel Jaime Leal González Rausel Ovando Ravi Gopal Singh Nele Verhulst (2022, [Artículo])

Maize (Zea mays L.) is grown in a wide range of agro-ecological environments and production systems across Mexico. Weeds are a major constraint on maize grain yield, but knowledge regarding the best weed management methods is lacking. In many production systems, reducing tillage could lessen land degradation and production costs, but changes in tillage might require changes in weed management. This study evaluated weed dynamics and rainfed maize yield under five weed management treatments (pre-emergence herbicide, post-emergence herbicide, pre-emergence + post-emergence herbicide, manual weed control, and no control) and three tillage methods (conventional, minimum and zero tillage) in three agro-ecologically distinct regions of the state of Oaxaca, Mexico, in 2016 and 2017. In the temperate Mixteca region, weeds reduced maize grain yields by as much as 92% and the long-growing season required post-emergence weed control, which gave significantly higher yields. In the hot, humid Papaloapan region, weeds reduced maize yields up to 63% and pre-emergence weed control resulted in significantly higher yields than treatments with post-emergence control only. In the semi-arid Valles Centrales region, weeds reduced maize yields by as much as 65%, but weed management was not always effective in increasing maize yield or net profitability. The most effective weed management treatments tended to be similar for the three tillage systems at each site, although weed pressure and the potential yield reduction by weeds tended to be higher under zero tillage than minimum or conventional tillage. No single best option for weed management was found across sites or tillage systems. More research, in which non-chemical methods should not be overlooked, is thus needed to determine the most effective weed management methods for the diverse maize production systems across Mexico.

Corn Integrated Weed Management Manual Weed Control CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA MAIZE WEED CONTROL MINIMUM TILLAGE ZERO TILLAGE

Análisis de las inundaciones en la planicie tabasqueña en el periodo 1995-2010

Felipe Arreguin RAMON DOMINGUEZ MORA Faustino de Luna Cruz (2014, [Artículo])

Se analizan los factores que influyen en las inundaciones de la planicie tabasqueña, como la ausencia de ordenamiento

territorial adecuado, la deforestación de la parte alta de las cuencas, un falso concepto de disminución del régimen hidrológico asociado con la construcción de las grandes presas en el río Grijalva y el cambio climático. Para el periodo

1995-2010 se hace una revisión de las precipitaciones, escurrimientos, manejo de las presas de la cuenca del río Grijalva e inundaciones; se presentan las acciones que se han tomado para reducir los riesgos de inundación a la población durante ese periodo, incluyendo el Programa Integral de Control de Inundaciones y el Programa Hídrico Integral de Tabasco, señalando la diferencia conceptual entre ellos. El objeto del presente artículo es describir la evolución de las aproximaciones de solución al problema de reducción de desastres por inundación en la planicie Tabasqueña, la gestión de embalses y una propuesta de gestión del territorio basado en la aplicación de un modelo numérico hidráulico bidimensional y un nomograma de resistencia al vuelco.

Inundaciones Control de crecidas Mitigación del riesgo Grijalva-Usumacinta CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Verificación de procedimientos numéricos de simulación de maniobras en compuertas

GILBERTO DE JESUS LOPEZ CANTEÑS JORGE VICTOR PRADO HERNANDEZ FELIPE BENJAMIN DE LEON MOJARRO VICTOR MANUEL RUIZ CARMONA MAURICIO CARRILLO GARCIA LAURA ALICIA IBAÑEZ CASTILLO (2014, [Artículo])

La aplicación de las ecuaciones de Saint Venant en los tramos de canales de riego requiere definir condiciones de frontera interna en los sitios donde se ubican estructuras de control como compuertas, considerando su ecuación dinámica para transmitir información hidráulica hacia ambos lados de la estructura, por lo que en el trabajo se verifican tres procedimientos numéricos de ejecución de maniobra de compuertas, con la finalidad de representar el movimiento de las estructuras de control, minimizándose el desfasamiento de caudales posteriores a una ejecución. Para ello se utilizó el canal Rehbock, de la Universidad Autónoma Chapingo, México, realizándose de forma automatizada la medición de los niveles de agua y gasto, obteniéndose que en la maniobra progresiva con reinicialización de tirante, la tendencia del gasto en la vecindad y la compuerta es similar, atenuándose las oscilaciones en el tiempo, el cual se corresponde con la dinámica del agua en los canales; además, cuando la variable a regular es el tirante, se recomienda usar la ejecución de maniobra instantánea o la progresiva con reinicialización de gasto; pero si la variable es el gasto, es preferible la maniobra progresiva con reinicialización de tirante; además, el procedimiento de simulación de la maniobra progresiva con reinicialización de tirante es el que mejor representa la dinámica del agua en la estructura.

Movimiento de compuertas Simulación Régimen no permanente Estructuras de control INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Diseño de riego por melgas empleando las ecuaciones de Saint-Venant, y Green y Ampt

Heber Saucedo MANUEL ZAVALA TREJO CARLOS FUENTES RUIZ (2015, [Artículo])

Se presenta un método de diseño de riego por melgas basado en la aplicación de un modelo que emplea las ecuaciones de Saint-Venant, para describir el flujo del agua sobre el suelo, y la ecuación de Green y Ampt, para representar el flujo del agua en el suelo. La principal ventaja del modelo presentado es el poco tiempo de cómputo que requiere para su aplicación, en comparación con el necesario para ejecutar un modelo hidrodinámico completo reportado en la literatura, mismo que emplea las ecuaciones de Saint-Venant para el flujo del agua sobre el suelo, acopladas internamente con la ecuación de Richards, que permite modelar el flujo del agua en el suelo.

Riego por inundación controlada Modelos matemáticos Gasto óptimo CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Nuevas tecnologías para prevención y análisis de inundaciones

ALBERTO GUITRON GABRIELA COLORADO RUIZ Eduardo Alexis Cervantes Carretero (2012, [Documento de trabajo])

Tabla de contenido: Introducción – Modelación hidrológica de la cuenca del río Conchos – Modelación de la cuenca del río Yautepec – Interfaz del usuario – Resultados – Conclusiones y recomendaciones – Referencias.

Existen diversos métodos para el pronóstico de avenidas que se han aplicado a la prevención de inundaciones en el país, pero la falta de datos suficientes y apropiados frecuentemente conduce a errores significativos. Sin embargo, la base para aplicar las medidas de apoyo que minimizan los riesgos es conocer las zonas afectadas y la magnitud del evento hidrometeorológico durante una inundación con el mayor detalle posible con los modelos de simulación y sistemas de información geográfica, que son las herramientas más importantes para lograr un manejo del riesgo y los daños por eventos extremos en zonas de interés. Por lo tanto, para la determinación de la zona afectada, actualmente la herramienta principal son los mapas de riesgo. Por otra parte, se estima que el cambio climático global modificará el régimen hidrológico significativamente. Aunque en México los cambios en el régimen anual de precipitación apuntarán a la baja de acuerdo con las estimaciones publicadas hasta el momento, los fenómenos extremos podrán no seguir la misma tendencia. Por tanto, es necesario revisar los parámetros de diseño de las obras hidráulicas existentes y estimar cómo se modificarán por los efectos del cambio climático. Para abordar esta problemática, se desarrolló un algoritmo que permite la comunicación de dos modelos, uno que transforma la lluvia en escurrimiento y otro que transita el escurrimiento en una corriente natural. Con los resultados del caudal transitado y asociado a un modelo digital de elevación, se tienen elementos para definir el área de inundación con la precisión requerida.

Introducción – Modelación hidrológica de la cuenca del río Conchos – Modelación de la cuenca del río Yautepec – Interfaz del usuario – Resultados – Conclusiones y recomendaciones – Referencias.

Control de crecidas Modelos hidrológicos Programas de computación Informes de proyectos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Regulación de una red de canales de riego

FELIPE BENJAMIN DE LEON MOJARRO VICTOR MANUEL RUIZ CARMONA LUIS RENDON PIMENTEL (2002, [Artículo])

La mayor parte de la producción agrícola de México se genera en las zonas denominadas distritos y unidades de riego. En estas áreas, la disponibilidad y la competencia por el agua ha obligado a emprender programas de tecnificación integral que permitan mejorar el uso eficiente del agua y su productividad. Así, de 1996 a 2001 se tecnificaron alrededor de 700 mil hectáreas con sistemas de riego de baja y alta presión y se construyeron redes colectivas de baja presión en superficies de 500 a 4000 hectáreas en varios de estos distritos. Asimismo, la transformación de los sistemas de riego parcelario y de la distribución inter-parcelaria necesita de un cambio en la regulación de los canales principales, a fin de que se pueda brindar a los usuarios un servicio de riego flexible, seguro, equitativo y eficiente. En varias zonas de riego del país los canales laterales se han sustituido por redes colectivas de baja presión, entubadas con materiales plásticos y alimentadas por estaciones de bombeo o por los propios canales cuando ha existido carga suficiente. La regulación de canales de riego consiste en optimar el proceso de conducción y distribución del agua desde la fuente de abastecimiento hasta los sitios de utilización para satisfacer la demanda evapotranspirativa de los cultivos existentes en una zona de riego. Esta optimación consiste en generar y aplicar reglas de control para adaptar el transporte y la distribución del agua en los canales principales a los programas de extracción de las tomas laterales. Aunque la regulación de canales puede abordarse bajo diferentes puntos de vista, la metodología de regulación propuesta resulta fácilmente adaptable a redes de canales de diferente configuración sujetas a variaciones temporales. Los resultados obtenidos permiten concluir que la aplicación de la teoría de control en la regulación de canales es una alternativa que ayuda a reducir las pérdidas de agua debidas a la operación, así como a mejorar el servicio de la irrigación en los distritos de riego.

Regulación de canales Algoritmos de control CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Object manipulation by collaborative autonomous underwater vehicles driven by a model-free second-order sliding mode controller with finite-time convergence

JOSUE GONZALEZ GARCIA (2023, [Artículo])

https://orcid.org/0000-0001-5657-380X

The use of Autonomous Underwater Vehicles (AUV) has expanded in recent years to include them in inspection, maintenance, and repair missions. These missions require the automation of tasks such as autonomous navigation and station-keeping, which are pretty challenging due to the complexity of the vehicle itself and the underwater environment. Traditional control strategies have been used to deal with those problems before, but their performance is limited since they do not consider non-linearities, external disturbances, or model uncertainties. Non-traditional controllers have been explored too, but have shortcomings such as being model-based, parameter-dependant, or so. Additionally, the nature of some objects implies the involvement of multiple vehicles to manipulate them, making the manipulation mission even harder. Collaboration of AUVs is a strong challenge since underwater communications are limited or null. An advanced control strategy dealing with the trajectory tracking and the station-keeping problem would be desirable for simplicity and robustness. If this controller could also help coordinate multiple vehicles without requiring them to communicate with each other, it would make collaborative manipulation tasks reachable. For this purpose, a model-free high-order Sliding Mode Controller (SMC) is presented in this project. Unlike other control approaches, the proposed control strategy achieves finite-time convergence to a practical zero error in a time-base that the user can arbitrarily define. This characteristic will be used to coordinate the navigation of two AUVs to manipulate an object underwater. The performance of the proposed controller was evaluated by numerical simulations and experiments in a semi-Olympic swimming pool and compared with classic and state-of-the-art control strategies regarding trajectory tracking and station-keeping problems. Results have shown that the proposed controller can achieve finite-time convergence of the tracking errors to a practical zero value in the predefined time-base. Results also demonstrated that the convergence time could be arbitrarily selected by the user and achieved by the controller resulting in, as far as the author knows, the first controller with this characteristic for AUVs navigation. The simulations and experiments also showed that the proposed controller outperformed classical and state-of-the-art controllers regarding the Root Mean Square of the tracking errors and energy consumption. Finally, the proposed model-free high-order SMC coordinated two BlueROV2 vehicles in a collaborative manipulation mission without vehicle-to-vehicle communication. Numerical simulation results confirmed that the proposed controller could manage the vehicles to follow a predefined coordinated trajectory to approach, grip, transport, and release an object without communicating with each other.

Doctor of Philosophy In Engineering Science

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LA INSTRUMENTACIÓN INGENIERÍA DE CONTROL INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA NAVAL VEHÍCULOS SUBMARINOS