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A recent application of computer simulation is its use for the human body, which resembles a mechanism that is complemented by torques in the joints that are caused by the action of muscles and tendons. Among others, the application can be used to provide training in surgical procedures or to learn how the body works. Some of the other applications are to make a biped walk upright, to build robots that are designed on the human body or to make prostheses or robot arms to perform specific tasks. One of the uses of simulation is to optimise the movement of the human body by examining which muscles are activated and which should or should not be activated in order to improve a person?s movements. This work presents a model of the elbow joint, and by analysing the constraint equations using classic methods we go on to model the bones, muscles and tendons as well as the logic linked to the force developed by them when faced with a specific movement. To do this, we analyse the reference bibliography and the software available to perform the validation.

El ahorro de la energía consumida no es un tema menor en el sector ferroviario. Las infraestructuras ferroviarias y los planes operativos implicados en distintos sistemas como el metropolitano, trenes locales, larga distancia y alta velocidad, deben ser realizados teniendo en cuenta las múltiples alternativas para alcanzar un sistema de optimización en el ahorro de energía. Para conseguir alcanzar la mejor solución final, las alternativas deben recoger y trabajar con el máximo de variables asociadas al movimiento del tren y a los planes de operación. El método presentado aquí usa una solución semianalítica que conlleva una discretización del problema, para posteriormente aplicar el método de los Multiplicadores de Lagrange para resolver la optimización de las n-tuplas de velocidad. Con esta alternativa propuesta, es posible incluir todos los detalles sobre las operaciones del tren, como restricciones en el horario o tipos de frenado.

In the Industrial Engineering and Chemical Engineering courses of Madrid Polytechnic University the core subjects of Technical Design are taught on the first course but under different names in the first and second four month periods of this degree. The Final Year Project (FYP) is usually the first work in which engineers do a complete engineering project that includes different parts, such as a memory, measuring, budgets and technical drawings. This work sets out to learn and assess the use students make of the knowledge acquired in Technical Drawing subjects when preparing their FYP technical drawings. By analyzing different aspects of 1996 technical drawings included in the FYP about different scopes, it is hoped to be able to see how this specific knowledge is applied to the different specialties (mechanical, electrical, chemistry, etc.) of the degree, as well as the project topics, the type of information contained, the correct use of standards, the tools used to prepare them, etc. The paper has been conducted taking the FYPs of the last 4 years as reference for all the specializations. The purpose of this work was to detect any deficiencies, errors in knowledge, malpractice in execution, etc, in order to have additional information that will enable course content, assessment, and the teaching methodology of the subjects to be adjusted in order to improve teaching. The results of this work are implemented in the contents and practices of the subjects of the technical drawing and a new subject was also purposed.

Simulation and especially computer simulation, is a basic tool since it enables engineers to understand how systems work without actually needing to see them. They can learn how they work in different circumstances and optimize their design with considerably less cost in terms of time and money than if they had to carry out tests on a physical system. There is a wide range of commercial brands on the market offering products for electrical simulation. These are powerful tools, but require the engineer to have a perfect knowledge of the electrical field. This work will firstly develop the simulation models of different elements that characterise an electrical substation in isolation; they will then be put together to model the full system, all of this using the Bond Graph technique. Finally, the system thus developed will be compared with the one developed in a specific electrical simulation program.

La presente memoria está dedicada al desarrollo de una plataforma de ensayos y metodología de análisis para la aplicación de monitorización por condición a motores eléctricos de tracción ferroviaria. Este sistema de monitorización es realizado para el Centro de Investigación de Tecnologías Ferroviarias de la Universidad Politécnica de Madrid (C.I.T.E.F.). El alcance del proyecto consiste en la construcción de un banco de ensayos formado por dos motores de inducción, uno como motor de ensayo y otro para aplicar la carga. Estos motores son alimentados con dos variadores de frecuencia y están acoplados entre sí mediante un acoplamiento mecánico flexible. En el trabajo también se realiza el montaje de un equipo de monitorización para la adquisición de la señal de corriente del motor, el sensor utilizado es una pinza amperimétrica de efecto hall, y para almacenar los datos se una un mini-ordenador formado con una raspberry modelo pi 3. Cuando se termina de construir el equipo se reproduce un fallo en el motor, este consiste en acoplar una masa para desequilibrar el eje y causar un fallo por excentricidad que pueda detectarse con el análisis en frecuencia de la corriente estatórica. Después se realizan diferentes ensayos donde se varía la frecuencia de alimentación, el porcentaje de carga, y la cantidad de masa acoplada al motor de ensayo para realizar un estudio. Una vez obtenida la señal de corriente se aplica la técnica de análisis MCSA (Motor Current Signature Analysis) para identificar la falla inducida en el motor. A la señal de corriente se le hace un acondicionamiento de señal aplicando la ventana de Hanning y un filtro Butterworth de paso bajo, después a la señal se le aplica la transformada rápida de Fourier para poder observar el espectro de frecuencias de la corriente estatórica. Para el acondicionamiento y para el análisis de la señal se usa el software Matlab.

Las vibraciones producidas por diferentes medios de transporte son transmitidas al cuerpo humano afectando no solamente a la comodidad de los pasajeros o maquinistas sino también a su salud tanto física (amplitud, duración, rango de frecuencia) o psicológicas (tipo de población, género, edad, nivel de conciencia). Por lo tanto, la vibración es considerada un factor primordial en contribuir en el confort de conducción y puede ser focalizada o afectar a todo el cuerpo, siendo esta última aquella que se transmite a través de los asientos, respaldos. Para el estudio de la comodidad de los medios de transporte se han desarrollado diferentes métodos para su evaluación, teniendo como base la norma ISO 2631-1:1997. Evaluación de la exposición humana a las vibraciones de cuerpo entero. Esta norma ha servido de apoyo para establecer la norma EN-12299, la cual permite evaluar la comodidad de los usuarios calculando el índice de comodidad media y comodidad continua. Esto se lleva acabo con datos de aceleración en las tres direcciones x,y,z para luego ponderarlas en frecuencia de acuerdo a su direccion y curvas de ponderación establecidas por la norma. Los valores cuadráticos medios, (comodiades continuas ), son obtenidos y los percetiles 50 y 95 para el posterior cálculo de la comodiad media. De igual manera existe el método de Sperling o índice Wz, el cual permite obtener la calidad de marcha y la comodidad de los usuarios de igual manera por medio de ponderaciones. En este trabajo, por medio de dispositivos Freematics One +, y aplicando la normativa EN-12299 para la localización de estos, se tomaron datos de aceleración (x,y,z), tiempo, latitud, longitud, velocidad, con el fin de calcular el índice de comodidad utilizando la norma EN-12299 y el método de Sperling. Los datos fueron procesados en el Software Matlab y los resultados obtenidos fueron muy favorables ya que los dos métodos indican que el tranvía de la ciudad de Cuenca, Ecuador es muy cómodo y las vibraciones producidas son ligeramente percibidas por los usuarios.

La capacidad de transporte es uno de los baremos fundamentales para evaluar la progresión que puede llegar a tener un área económica y social. Es un sector de elevada importancia para la sociedad actual. Englobado en los distintos tipos de transporte, uno de los medios de transporte que se encuentra más en alza en la actualidad, es el ferroviario. Tanto para movilidad de pasajeros como para mercancías, el tren se ha convertido en un medio de transporte muy útil. Se encuentra dentro de las ciudades, entre ciudades con un radio pequeño entre ellas e incluso cada vez más, gracias a la alta velocidad, entre ciudades con gran distancia entre ellas. Esta Tesis pretende ayudar en el diseño de una de las etapas más importantes de los Proyectos de instalación de un sistema ferroviario: el sistema eléctrico de tracción. La fase de diseño de un sistema eléctrico de tracción ferroviaria se enfrenta a muchas dudas que deben ser resueltas con precisión. Del éxito de esta fase dependerá la capacidad de afrontar las demandas de energía de la explotación ferroviaria. También se debe atender a los costes de instalación y de operación, tanto costes directos como indirectos. Con la Metodología que se presenta en esta Tesis se ofrecerá al diseñador la opción de manejar un sistema experto que como soluciones le plantee un conjunto de escenarios de sistemas eléctricos correctos, comprobados por resolución de modelos de ecuaciones. Correctos desde el punto de vista de validez de distintos parámetros eléctrico, como de costes presupuestarios e impacto de costes indirectos. Por tanto, el diseñador al haber hecho uso de esta Metodología, tendría en un espacio de tiempo relativamente corto, un conjunto de soluciones factibles con las que poder elegir cuál convendría más según sus intereses finales. Esta Tesis se ha desarrollado en una vía de investigación integrada dentro del Centro de Investigaciones Ferroviarias CITEF-UPM. Entre otros proyectos y vías de investigación, en CITEF se ha venido trabajando en estudios de validación y dimensionamiento de sistemas eléctricos ferroviarios con diversos y variados clientes y sistemas ferroviarios. A lo largo de los proyectos realizados, el interés siempre ha girado mayoritariamente sobre los siguientes parámetros del sistema eléctrico: - Calcular número y posición de subestaciones de tracción. Potencia de cada subestación. - Tipo de catenaria a lo largo del recorrido. Conductores que componen la catenaria. Características. - Calcular número y posición de autotransformadores para sistemas funcionando en alterna bitensión o 2x25kV. - Posición Zonas Neutras. - Validación según normativa de: o Caídas de tensión en la línea o Tensiones máximas en el retorno de la línea o Sobrecalentamiento de conductores o Sobrecalentamiento de los transformadores de las subestaciones de tracción La idea es que las soluciones aportadas por la Metodología sugieran escenarios donde de estos parámetros estén dentro de los límites que marca la normativa. Tener la posibilidad de tener un repositorio de posibles escenarios donde los parámetros y elementos eléctricos estén calculados como correctos, aporta un avance en tiempos y en pruebas, que mejoraría ostensiblemente el proceso habitual de diseño para los sistemas eléctricos ferroviarios. Los costes directos referidos a elementos como subestaciones de tracción, autotransformadores, zonas neutras, ocupan un gran volumen dentro del presupuesto de un sistema ferroviario. En esta Tesis se ha querido profundizar también en el efecto de los costes indirectos provocados en la instalación y operación de sistemas eléctricos. Aquellos derivados del impacto medioambiental, los costes que se generan al mantener los equipos eléctricos y la instalación de la catenaria, los costes que implican la conexión entre las subestaciones de tracción con la red general o de distribución y por último, los costes de instalación propios de cada elemento compondrían los costes indirectos que, según experiencia, se han pensado relevantes para ejercer un cierto control sobre ellos. La Metodología cubrirá la posibilidad de que los diseños eléctricos propuestos tengan en cuenta variaciones de coste inasumibles o directamente, proponer en igualdad de condiciones de parámetros eléctricos, los más baratos en función de los costes comentados. Analizando los costes directos e indirectos, se ha pensado dividir su impacto entre los que se computan en la instalación y los que suceden posteriormente, durante la operación de la línea ferroviaria. Estos costes normalmente suelen ser contrapuestos, cuánto mejor es uno peor suele ser el otro y viceversa, por lo que hace falta un sistema que trate ambos objetivos por separado. Para conseguir los objetivos comentados, se ha construido la Metodología sobre tres pilares básicos: - Simulador ferroviario Hamlet: Este simulador integra módulos para construir esquemas de vías ferroviarios completos; módulo de simulación mecánica y de la tracción de material rodante; módulo de señalización ferroviaria; módulo de sistema eléctrico. Software realizado en C++ y Matlab. - Análisis y estudio de cómo focalizar los distintos posibles escenarios eléctricos, para que puedan ser examinados rápidamente. Pico de demanda máxima de potencia por el tráfico ferroviario. - Algoritmos de optimización: A partir de un estudio de los posibles algoritmos adaptables a un sistema tan complejo como el que se plantea, se decidió que los algoritmos genéticos serían los elegidos. Se han escogido 3 algoritmos genéticos, permitiendo recabar información acerca del comportamiento y resultados de cada uno de ellos. Los elegidos por motivos de tiempos de respuesta, multiobjetividad, facilidad de adaptación y buena y amplia aplicación en proyectos de ingeniería fueron: NSGA-II, AMGA-II y ɛ-MOEA. - Diseño de funciones y modelo preparado para trabajar con los costes directos e indirectos y las restricciones básicas que los escenarios eléctricos no deberían violar. Estas restricciones vigilan el comportamiento eléctrico y la estabilidad presupuestaria. Las pruebas realizadas utilizando el sistema han tratado o bien de copiar situaciones que se puedan dar en la realidad o directamente sistemas y problemas reales. Esto ha proporcionado además de la posibilidad de validar la Metodología, también se ha posibilitado la comparación entre los algoritmos genéticos, comparar sistemas eléctricos escogidos con los reales y llegar a conclusiones muy satisfactorias. La Metodología sugiere una vía de trabajo muy interesante, tanto por los resultados ya obtenidos como por las oportunidades que puede llegar a crear con la evolución de la misma. Esta Tesis se ha desarrollado con esta idea, por lo que se espera pueda servir como otro factor para trabajar con la validación y diseño de sistemas eléctricos ferroviarios. ABSTRACT Transport capacity is one of the critical points to evaluate the progress than a specific social and economical area is able to reach. This is a sector of high significance for the actual society. Included inside the most common types of transport, one of the means of transport which is elevating its use nowadays is the railway. Such as for passenger transport of weight movements, the train is being consolidated like a very useful mean of transport. Railways are installed in many geography areas. Everyone know train in cities, or connecting cities inside a surrounding area or even more often, taking into account the high-speed, there are railways infrastructure between cities separated with a long distance. This Ph.D work aims to help in the process to design one of the most essential steps in Installation Projects belonging to a railway system: Power Supply System. Design step of the railway power supply, usually confronts to several doubts and uncertainties, which must be solved with high accuracy. Capacity to supply power to the railway traffic depends on the success of this step. On the other hand is very important to manage the direct and indirect costs derived from Installation and Operation. With the Methodology is presented in this Thesis, it will be offered to the designer the possibility to handle an expert system that finally will fill a set of possible solutions. These solutions must be ready to work properly in the railway system, and they were tested using complex equation models. This Thesis has been developed through a research way, integrated inside Citef (Railway Research Centre of Technical University of Madrid). Among other projects and research ways, in Citef has been working in several validation studies and dimensioning of railway power supplies. It is been working by a large range of clients and railways systems. Along the accomplished Projects, the main goal has been rounded mostly about the next list of parameters of the electrical system: - Calculating number and location of traction substations. Power of each substation. - Type of Overhead contact line or catenary through the railway line. The wires which set up the catenary. Main Characteristics. - Calculating number and position of autotransformers for systems working in alternating current bi-voltage of called 2x25 kV. - Location of Neutral Zones. - Validating upon regulation of: o Drop voltages along the line o Maximum return voltages in the line o Overheating/overcurrent of the wires of the catenary o Avoiding overheating in the transformers of the traction substations. Main objective is that the solutions given by the Methodology, could be suggest scenarios where all of these parameters from above, would be between the limits established in the regulation. Having the choice to achieve a repository of possible good scenarios, where the parameters and electrical elements will be assigned like ready to work, that gives a great advance in terms of times and avoiding several tests. All of this would improve evidently the regular railway electrical systems process design. Direct costs referred to elements like traction substations, autotransformers, neutral zones, usually take up a great volume inside the general budget in railway systems. In this Thesis has been thought to bear in mind another kind of costs related to railway systems, also called indirect costs. These could be enveloped by those enmarked during installation and operation of electrical systems. Those derived from environmental impact; costs generated during the maintenance of the electrical elements and catenary; costs involved in the connection between traction substations and general electric grid; finally costs linked with the own installation of the whole electrical elements needed for the correct performance of the railway system. These are integrated inside the set has been collected taking into account own experience and research works. They are relevant to be controlled for our Methodology, just in case for the designers of this type of systems. The Methodology will cover the possibility that the final proposed power supply systems will be hold non-acceptable variations of costs, comparing with initial expected budgets, or directly assuming a threshold of budget for electrical elements in actual scenario, and achieving the cheapest in terms of commented costs from above. Analyzing direct and indirect costs, has been thought to divide their impact between two main categories. First one will be inside the Installation and the other category will comply with the costs often happens during Railway Operation time. These costs normally are opposed, that means when one is better the other turn into worse, in costs meaning. For this reason is necessary treating both objectives separately, in order to evaluate correctly the impact of each one into the final system. The objectives detailed before build the Methodology under three basic pillars: - Railway simulator Hamlet: This software has modules to configure many railway type of lines; mechanical and traction module to simulate the movement of rolling stock; signaling module; power supply module. This software has been developed using C++ and Matlab R13a - Previously has been mandatory to study how would be possible to work properly with a great number of feasible electrical systems. The target comprised the quick examination of these set of scenarios in terms of time. This point is talking about Maximum power demand peaks by railway operation plans. - Optimization algorithms. A railway infrastructure is a very complex system. At the beginning it was necessary to search about techniques and optimization algorithms, which could be adaptable to this complex system. Finally three genetic multiobjective algorithms were the chosen. Final decision was taken attending to reasons such as time complexity, able to multiobjective, easy to integrate in our problem and with a large application in engineering tasks. They are: NSGA-II, AMGA-II and ɛ-MOEA. - Designing objectives functions and equation model ready to work with the direct and indirect costs. The basic restrictions are not able to avoid, like budgetary or electrical, connected hardly with the recommended performance of elements, catenary and safety in a electrical railway systems. The battery of tests launched to the Methodology has been designed to be as real as possible. In fact, due to our work in Citef and with real Projects, has been integrated and configured three real railway lines, in order to evaluate correctly the final results collected by the Methodology. Another topic of our tests has been the comparison between the performances of the three algorithms chosen. Final step has been the comparison again with different possible good solutions, it means power supply system designs, provided by the Methodology, testing the validity of them. Once this work has been finished, the conclusions have been very satisfactory. Therefore this Thesis suggest a very interesting way of research and work, in terms of the results obtained and for the future opportunities can be created with the evolution of this. This Thesis has been developed with this idea in mind, so is expected this work could adhere another factor to work in the difficult task of validation and design of railway power supply systems.

This thesis addresses the conflict problem in railway traffic. Although the railway traffic management nowadays can partly be carried out by a traffic control system (or a traffic management system), the control system is insufficient to make operational decisions once the occurrence of disturbance gets frequent, particularly at the junctions with dense traffic. Traffic conflicts may arise along with the disturbances. The traffic controllers (and dispatchers) are often required to handle these unexpected conflicts in real-time traffic control. In fact, conflict detection and resolution (CDR) has become one of the most important and difficult tasks in daily railway traffic management. In ERTMS/ETCS, while all advanced technologies are employed to increase the train speed and to reduce the headway interval, increasing challenges of real-time conflict resolution are encountered as well. This thesis focuses on the methodologic realization of conflict detection and resolution and aims to develop a CDR support system for railway traffic control and management. Modelling To describe the environment of the conflict detection and resolution problem, the railway traffic is modelled via its partial models of train, infrastructure and timetable. These partial models are data-based. • Either an original timetable or an updated (rescheduled) timetable is represented with the purpose of providing common goals for the involved entities in the railway system and organising the related resources in real-time traffic control. • The train model consists of the relatively static train path and its derivatives and the dynamic train movement information, such as train position, train speed, the occupied track, the operation times and further movement authority, etc. • The infrastructure model is established both from a line (or a network) range and a region range. The former is described by stations and corridors between stations (that are all named sections). The latter is mainly represented by routes and segments, as well as the structural and restrictive relationships among the local routes and segments. The track description data for dynamic train control is also based on the instantaneous route states and segment states in infrastructure model. Conflict signs at an earlier stage of potential conflicts are expressed based on the proposed models. Conflict detection Conflict detection procedure and feasible approaches are studied separately (from conflict resolution approaches). Based on the train model and the infrastructure model, respectively, the approaches of train trajectory tracing and infrastructure state transition are proposed for short period traffic prediction and conflict detection. • In train trajectory approach, the detailed train movement information is tracked. The correlations of each two dimensions are cooperatively supervised. Particularly, the deviations of distance, track usage, and the speed are detected in the multi-dimensional trajectory profiles. • The infrastructure state transition approach is based on proper state transition maps and corresponding relation matrices. Historical segment and route states (state vectors) are stored to obtain empirical state transition maps. These maps are applied to the abnormity detection in dynamic traffic environment, and the structural constraints of infrastructure topology and route compatibilities are applied to the prediction of potential conflicting situations. The conflict detection procedure is concerned with the predictive traffic in a short period of prediction horizon based on the current collected data. The two approaches cooperate to predict the traffic and detect potential conflicts and significant deviations. The detected conflicts or conflict risks are grouped with different identifying code, so that corresponding resolution approaches can be implemented to prevent the conflicts. Conflict resolution According to the categories of the detected conflicts and the early warnings of conflict, two-layer structure of conflict resolution methodology is established. • One layer is to solve the routing problem in station area continuously when potential route conflicts are predicted. The microscopic times on related segments, train route selection and train order decisions at joint points are considered in this layer. • On the second layer, the variable scope rescheduling approach is proposed to prevent the propagation of potential conflicts in a wider area. The interstation conflicts, such as headway conflicts and delay propagation, are mainly resolved on this layer. As it is named, the rescheduling scope is decidable according to the specific conflict size. In this thesis, a set of mixed integer linear programming formulations are expressed for both local routing and variable scope rescheduling. Flexibly, new dispatching strategies in local routing and other excellent algorithms in rescheduling are possible to add to the corresponding layer. Agent-based conflict detection and resolution (CDR) support system Agent-based modelling approach is applied to the design of conflict detection and resolution support system for railway traffic control and management. The proposed models and approaches for conflict detection and resolution are integrated in the agent model. The CDR support system (named D-Agent) is modular designed. Six basic modules are included. They are local database, knowledge base, skill base, data processing, reasoning mechanism and communication interfaces. The partial models are functioning in the module of data processing, firstly filtering and reforming the collected data. The approaches of conflict detection and resolution are principally implanted as the kernel skills of the D-Agent. The solutions to potential conflicts are communicated via the D-Agent interfaces. Conflict detection and resolution in ERTMS system In the applications of ERTMS/ETCS system, the inevitability of the influence on CDR functions that is caused by different ERTMS application levels and the necessity of adapting the CDR to different ERTMS application levels are discussed. The final conclusion is that a level adapter function can be added to the agent-based CDR support system for the ERTMS system, in order to allow the appropriate CDR approaches to be applied in a specific ERTMS/ETCS level or in the situations where the ERTMS/ETCS level transfers. RESUMEN Esta tesis se dirige a la problemática de conflictos dentro del tráfico ferroviario. Aunque, en nuestros días, la gestión del tráfico ferroviario puede ser parcialmente llevada a cabo por un sistema de control de tráfico (o un sistema de gestión de tráfico), dicho sistema de control es insuficiente para tomar decisiones operacionales una vez que la ocurrencia de perturbaciones se vuelve frecuente, particularmente en los puntos de unión con tráfico significativo. El personal de control de tráfico es a menudo requerido para manejar estos conflictos inesperados dentro del control en tiempo real del tráfico. De hecho, la detección y resolución de conflictos (CDR) ha llegado a ser una de las más importantes y difíciles tareas en el día a día de la gestión del tráfico ferroviario. En ERTMS/ETCS, mientras todos los avances tecnológicos son empleados en incrementar la velocidad del tren y reducir el intervalo entre trenes, los desafíos de la resolución de conflictos en tiempo real, que son encontrados, se incrementan también. Esta tesis se centra en la realización de métodos para la detección y resolución de conflictos con el objetivo de desarrollar un sistema CDR de apoyo para el control y gestión del tráfico ferroviario. Modelaje Para describir el entorno del problema de la detección y resolución de conflictos, el tráfico ferroviario es modelado vía sus modelos parciales de la infraestructura, el material rodante (tren) y los horarios programados. Estos modelos parciales están basados en datos. • Un horario programado original o actualizado (reprogramado) es representado con el propósito de proporcionar unos objetivos comunes para las entidades involucradas en el sistema ferroviario y organizar los recursos relaciones en el control de tráfico en tiempo real. • El modelo del tren consiste de las rutas relativas de los trenes y sus derivadas junto con la información dinámica del movimiento de los trenes, tales como la posición y la velocidad de los trenes, los circuitos de vías ocupados, los tiempos de operación, las autoridades de movimiento, etc. • El modelo de la infraestructura es establecido desde un rango de línea (o una red) y un rango regional. El primero es descrito por las estaciones y los corredores entre las estaciones las cuales son nombradas secciones. Y el último es principalmente representado por rutas y segmentos. Los datos de descripción de las vías para el control dinámico del tren es también basado en los estados instantáneos de las rutas y segmentos en el modelo de la infraestructura. Los signos de conflictos en las fases tempranas de los potenciales conflictos son expresados mediante los modelos propuestos. La detección de conflictos (CD) El procedimiento de detección de conflictos y las aproximaciones factibles son estudiados separadamente (desde aproximaciones de resoluciones de conflictos). Basados en el modelo del tren y de la infraestructura, respectivamente, las aproximaciones de las trayectorias seguidas por los trenes y la transición de estados de la infraestructura son propuestas para predecir el tráfico en cortos periodos y detectar conflictos. • En las aproximaciones de las trayectorias de los trenes, la información detallada del movimiento de los mismos es monitorizada. Las correlaciones de cada una de las dos dimensiones son supervisadas cooperativamente. Particularmente, las desviaciones de la distancia, las vías empleadas, y las velocidades son detectadas en los perfiles de trayectorias multidimensionales. • La aproximación de las transiciones de estado de la infraestructura está basada en los precisos mapas de transición de estado y las correspondientes matrices de relación. Los históricos de segmentos y los estados de las rutas (vectores de estados) son almacenados para obtener mapas de transición empíricos. Estos mapas son aplicados a la detección de anormalidades en el entorno dinámico ferroviario, y a su vez, las restricciones estructurales topológicas de la infraestructura y las incompatibilidades entre rutas son aplicadas a la predicción de potenciales situaciones de conflicto. El procedimiento de detección de conflictos se preocupa de la predicción del tráfico en cortos periodos del horizonte de predicción basado en los datos actuales recogidos. Las dos aproximaciones cooperan para predecir el tráfico y detectar los potenciales conflictos y desviaciones significativas. Los conflictos detectados o los riesgos de los mismos son agrupados según diferentes códigos identificativos, por eso las correspondientes aproximaciones para su resolución pueden ser implementadas para prevenirlos. La resolución de conflictos (CR) Según las categorías de los conflictos detectados y los tempranos avisos de conflicto, una metodología de resolución de los conflictos estructurada en 2 capas es establecida: • Una capa se encuentra resolviendo continuamente el problema de establecimiento de rutas dentro del área de estación, cuando potenciales conflictos entre rutas son predichos. Los tiempos sobre los segmentos involucrados, la selección de las rutas y las decisiones de órdenes en los puntos de conexión son considerados en esta capa. • En la segunda capa, una aproximación al nivel de reprogramación de los horarios de los trenes es propuesta para prevenir la propagación de potenciales conflictos dentro de una amplía área. Los conflictos entre estaciones, tales como conflictos de alcance de trenes y propagación de retrasos, son principalmente resueltos dentro de esta capa. Como es mencionado, el ámbito de la reprogramación de los horarios es determinado según el tamaño del conflicto especifico. En esta tesis, un conjunto de fórmulas basadas en la programación “mixed integer linear” son expresadas para el establecimiento de rutas localmente y la reprogramación de horarios de ámbito variable. Flexiblemente, es posible añadir nuevas estrategias para el establecimiento de rutas localmente así como nuevos mejorados algoritmos en la reprogramación de horarios, únicamente modificando la correspondiente capa. Sistema de apoyo para la detección y resolución de conflictos basado en Agente Una aproximación de modelaje basada en agente es aplicada al diseño de un sistema de apoyo en la detección y resolución de conflictos para el control y gestión del tráfico ferroviario. Los modelos y aproximaciones propuestas para la detección y resolución de conflictos están integrados dentro del modelo del agente. El sistema de apoyo CDR (nombrado D-Agent) es de diseño modular. Está formado por 6 módulos básicos, que son respectivamente una base de datos local, una base de conocimiento, una base de habilidad, un procesamiento de datos, un mecanismo de razonamiento, y unas interfaces de comunicación. Los modelos parciales se encuentran funcionando dentro del módulo de procesamiento de los datos, primeramente filtrando y reformando los datos recogidos. Las aproximaciones de detección y resolución de conflictos están implantadas principalmente como las habilidades fundamentales del D-Agent. Las soluciones para las potenciales situaciones de conflicto son comunicadas vía las interfaces del D-Agent. Detección y resolución de conflictos en el sistema ERTMS En las aplicaciones dentro del sistema ERTMS/ETCS, la previsibilidad de la influencia sobre las funciones del CDR debidas a los diferentes niveles operacionales de ERTMS y la necesidad de adaptar el CDR a dichos diferentes niveles son discutidas. La conclusión es que una función de adaptación al nivel operacional del ERTMS puede ser añadida al sistema de apoyo CDR para el sistema ERTMS, que permita aproximaciones del CDR apropiadas para ser aplicadas en un especifico nivel ERTMS/ETCS o en las situaciones donde el nivel ERTMS/ETCS es modificado.

El proyecto desarrollado se ha llevado a cabo bajo la premisa de intentar generar un sistema de control y distribución de la tracción para ser aplicado en las grandes operaciones de transporte de mercancías por trazado ferroviario. Para llegar a conseguir dicho objetivo de manera eficaz, se ha realizado un proceso compuesto por numerosos pasos. En primer lugar los esfuerzos se centraron en generar un sistema conceptual que representase los principales elementos que componen un tren, como pueden ser las locomotoras, los vagones y los elementos mecánicos de unión. Una vez obtenidas las ideas principales se avanzó hacia generar un modelo matemático que abarcara la interacción entre todos los distintos elementos diseñados. Utilizando la ecuación fundamental de la dinámica de Newton se obtuvieron una serie de ecuaciones que conseguían representar los efectos asociados al movimiento de una composición ferroviaria. Una vez obtenidas todas las ecuaciones que conseguían modelizar el comportamiento del tren, las labores fueron dirigidas a encontrar un programa que permitiera generar simulaciones de forma simple a la vez que facilitara la inspección visual de las variables que compondrían el sistema. Matlab fue considerado como la mejor opción debido a la facilidad para programar y hacer cálculos al mismo tiempo que permite realizar simulaciones con sus extensiones. Entre ellas se optó por el módulo de simulación Simulink. A partir de este punto los propósitos del proyecto se alinearon con el objetivo de comprender y plasmar el modelo creado en el entorno de simulación. Para implementar las ecuaciones de la dinámica se optó por adoptar una metodología basada en las fuerzas que interactuaban con el sistema. El entorno de simulación elegido está compuesto por numerosos bloques que representan tanto operaciones matemáticas como señales de distinto tipo pasando por elementos mecánicos y cuerpos. Para plasmar de manera sencilla las ecuaciones, se eligieron bloques integradores que reciben la aceleración del sistema y la convierten en velocidad y posición mediante el necesario proceso de integración. Dicha aceleración se obtiene dividendo el sumatorio de fuerzas que interactúan en el sistema, entre la masa de cada cuerpo que lo compone. Bajo esta forma de trabajar se fueron añadiendo los elementos que forman las uniones entre vagones y locomotora y se obtuvo el primer modelo funcional. Después de haber realizado toda una serie de pruebas pertinentes para comprender cómo funcionaba el sistema, se trató de optimizar el mismo para facilitar su manejo. De este modo se crearon una serie de bloques definidos por el usuario que englobaban la mayoría de los bloques inicialmente usados para representar las ecuaciones; entre los más importantes destacan los bloques locomotora y vagón y los generadores de esfuerzo tractor. Bajo esta metodología se consigue crear una visión modular del conjunto, lo cual permite tanto añadir como sustituir bloques que agreguen diversas características al sistema, dotándolo de una evidente practicidad y una total facilidad de crecimiento, pues simplemente basta con añadir más bloques vagones o locomotora para incrementar la longitud y capacidad de carga del conjunto. Posteriormente se crea y añade un bloque de vital importancia para el correcto desarrollo de las simulaciones, el bloque generador de resistencias debidas al perfil de vía recorrido. Este bloque permite cargar en el sistema todo un trazado de vía personalizado, en el cual se pueden variar las pendientes a voluntad, generando una serie de fuerzas asociadas a la resistencia al avance, que son dirigidas hacia los sumatorios de fuerzas de cada locomotora o vagón. Para continuar con la expansión de modelo de simulación se aúnan los bloques vagones para formar conjuntos de 10 que permitan aumentar el tamaño del sistema de manera más simple. Se crea un segundo tipo de locomotora que puede ser colocada en cualquier posición del conjunto, no solo en la cabeza del tren. Con estas nuevas mejoras se procede a realizar modelos de simulación con un tamaño superior. A continuación se realizaron una serie de simulaciones con distintas configuraciones que permitieron observan cómo algunos de los parámetros del modelo no estaban del todo ajustados. Después de realizar un análisis de dichas variables, se modificaron los parámetros más influyentes para aproximarlos de acuerdo con los valores que se encuentran en la realidad. En este punto se consideró que el modelo había alcanzado la madurez suficiente como para poder obtener conclusiones con valor real y los esfuerzos se encaminaron a crear un nuevo modelo de mayor complejidad de cálculo. Para dicha labor se optó por generar un tren compuesto por 30 vagones y accionado por 2 locomotoras. Diversas gráficas fueron añadidas para permitir el análisis de los esfuerzos soportados por todos los ganchos de la composición. Para poder contrastar datos se crearon 4 perfiles distintos de vía compuestos por concatenaciones de tramos ascendentes y descendentes. El estudio de los esfuerzos en los ganchos mecánicos se culminó con la creación de un modelo de orden superior que se asemejara a un tren real de transporte de mercancías. Se generó un modelo compuesto por 2 locomotoras y 60 vagones, dotando a la composición con una longitud de 1116 metros y una carga de 7600 toneladas. Este nuevo modelo permitió comprender los problemas generados durante el recorrido de las zonas de transición entre segmentos de vía con distintas pendientes. Diversos ganchos sufrían una serie de discontinuidades que tenían una relevancia notable dentro de los niveles de esfuerzo soportados por los mismos. Dichas discontinuidades podían ser entendidas como variaciones bruscas del esfuerzo a soportar, debido al sistema de tracción utilizado para accionar ambas locomotoras. Como punto final del proyecto se centran los esfuerzos en generar un sistema de control que consiga disminuir el nivel de las discontinuidades encontradas en los ganchos. Se prueban varias alternativas y se valoran los resultados obtenidos con cada una de ellas.