Academic literature on the topic 'Multi-Objectiu'

Tot i que en les últimes dècades la reducció del soroll emès pels avions ha estat substancial, el seu impacte a la població ubicada a prop dels aeroports és un problema que encara persisteix. Contenir el soroll generat per les operacions d'aeronaus, tot assumint al mateix temps la creixent demanda de vols, és un dels principals desafiaments a que s'enfronten les autoritats aeroportuàries, els proveïdors de serveis per a la navegació aèria i els operadors de les aeronaus. A part de millorar l'aerodinàmica o les emissions sonores de les aeronaus, l'impacte acústic de les seves operacions es pot reduir també gràcies a la definició de nous procediments de vol més òptims. Aquests procediments s'anomenen generalment Procediments d'Atenuació de Soroll (PAS) i poden incloure rutes preferencials de vol (a fi d'evitar les zones poblades) i també perfils de vol verticals optimitzats. Els procediments actuals per a la reducció de soroll estan molt lluny de ser els òptims. En general, la seva optimització no és possible a causa de les limitacions d'avui en dia en els mètodes de navegació, els equips d'aviònica i la complexitat present en alguns espais aeris. D'altra banda, molts PAS s'han dissenyat de forma manual per un grup d'experts i amb l'ajuda de diverses iteracions. Tot i això, en els propers anys s'esperen nous sistemes d'aviònica i conceptes de gestió del trànsit aeri que permetin millorar el disseny d'aquests procediments, fent que siguin més flexibles. En els pocs casos on s'optimitzen PAS, se sol utilitzar una mètrica acústica en l'elaboració de les diferents funcions objectiu i per tant, no es tenen en compte les molèsties sonores reals. La molèstia és un concepte subjectiu, complexe i que depèn del context en que s'usa i la seva integració en l'optimització de trajectòries segueix essent un aspecte a estudiar.La present tesi doctoral es basa en el fet que en el futur serà possible definir trajectòries més flexibles i precises. D'aquesta manera es permetrà la definició de procediments de vol òptims des d'un punt de vista de molèsties acústiques. Així doncs, es considera una situació en que aquest tipus de procediments poden ser dissenyats de forma automàtica o semi-automàtica per un sistema expert basat en tècniques d'optimització i de raonament aproximat. Això serviria com una eina de presa de decisions per planificadors de l'espai aeri i dissenyadors de procediments. En aquest treball es desenvolupa una eina completa pel càlcul de PAS òptims. Això inclou un conjunt de models no lineals que tinguin en compte la dinàmica de les aeronaus, les limitacions de la trajectòria i les funcions objectiu. La molèstia del soroll es modela utilitzant tècniques de lògica difusa en funció del nivell màxim de so percebut, l'hora del dia i el tipus de zona a sobrevolar. Llavors, s'identifica i es formula formalment el problema com a un problema de control òptim multi-criteri. Per resoldre'l es proposa un mètode de transcripció directa per tal de transformar-lo en un problema de programació no lineal. A continuació s'avaluen una sèrie de tècniques d'optimització multi-objectiu i entre elles es destaca el mètode d'escalarització, el més utilitzat en la literatura. No obstant això, s'exploren diverses tècniques alternatives que permeten superar certs inconvenients que l'escalarització presenta. En aquest context, es presenten i proven tècniques d'optimització lexicogràfica, jeràrquica, igualitària (o min-max) i per objectius. D'aquest anàlisi es desprenen certes conclusions que permeten aprofitar les millors característiques de cada tècnica i formar finalment una tècnica composta d'optimització multi-objectiu. Aquesta última estratègia s'aplica amb èxit a un escenari real i complex, on s'optimitzen les sortides cap a l'Est de la pista 02 de l'aeroport de Girona. En aquest exemple, dos tipus diferents d'aeronaus volant a diferents períodes del dia són simulats obtenint, conseqüentment, diferents trajectòries òptimes.<br>Aunque en las últimas décadas la reducción del ruido emitido por los aviones ha sido sustancial, su impacto en la población ubicada cerca de los aeropuertos es un problema persistente. Contener este ruido, asumiendo al mismo tiempo la creciente demanda de vuelos, es uno de los principales desafíos a que se enfrentan las autoridades aeroportuarias, los proveedores de servicios para la navegación y los operadores. Aparte de mejorar la aerodinámica o las emisiones sonoras de las aeronaves, su impacto acústico se puede reducir también gracias a la definición de nuevos procedimientos de vuelo optimizados. Éstos, se denominan generalmente Procedimientos de Atenuación de Ruido (PAR) y pueden incluir rutas preferenciales de vuelo (a fin de evitar las zonas pobladas) y también perfiles de vuelo optimizados.Los procedimientos actuales para la reducción de ruido están muy lejos de ser los óptimos. En general, su optimización no es posible debido a las limitaciones de hoy en día en los métodos de navegación, los equipos de aviónica y la complejidad presente en algunos espacios aéreos. Por otra parte, muchos PAR se han diseñado de forma manual por un grupo de expertos y con la ayuda de varias iteraciones. Sin embargo, en los próximos años se esperan nuevos sistemas de aviónica y conceptos de gestión del tráfico aéreo que permitan mejorar el diseño de estos procedimientos, haciendo que sean más flexibles. En los pocos casos donde se optimizan PAR, se suele utilizar una métrica acústica en la elaboración de las diferentes funciones objetivo y por lo tanto, no se tienen en cuenta las molestias sonoras reales. La molestia es un concepto subjetivo, complejo y que depende del contexto en que se usa y su integración en la optimización de trayectorias sigue siendo un aspecto a estudiar. La presente tesis doctoral se basa en el hecho de que en el futuro será posible definir trayectorias más flexibles y precisas. De esta manera se permitirá la definición de procedimientos de vuelo óptimos desde un punto de vista de molestias acústicas. Se considera una situación en que este tipo de procedimientos pueden ser diseñados de forma automática o semi-automática por un sistema experto basado en técnicas de optimización y de razonamiento aproximado. Esto serviría como una herramienta de toma de decisiones para planificadores del espacio aéreo y diseñadores de procedimientos.En este trabajo se desarrolla una herramienta completa para el cálculo de PAR óptimos. Esto incluye un conjunto de modelos no lineales que tengan en cuenta la dinámica de las aeronaves, las limitaciones de la trayectoria y las funciones objetivo. La molestia del ruido se modela utilizando técnicas de lógica difusa en función del nivel máximo de sonido percibido, la hora del día y el tipo de zona a sobrevolar. Entonces, se identifica y se formula formalmente el problema como un problema de control óptimo multi-criterio. Para resolverlo se propone un método de transcripción directa para transformarlo en un problema de programación no lineal. A continuación se evalúan una serie de técnicas de optimización multi-objetivo y entre ellas se destaca el método de escalarización, el más utilizado en la literatura. Sin embargo, se exploran diversas técnicas alternativas que permiten superar ciertos inconvenientes que la escalarización presenta. En este contexto, se presentan y prueban técnicas de optimización lexicográfica, jerárquica, igualitaria (o min-max) y por objetivos. De este análisis se desprenden ciertas conclusiones que permiten aprovechar las mejores características de cada técnica y formar finalmente una técnica compuesta de optimización multi-objetivo. Esta última estrategia se aplica con éxito en un escenario real y complejo, donde se optimizan las salidas hacia el Este de la pista 02 del aeropuerto de Girona. En este ejemplo, dos tipos diferentes de aeronaves volando a diferentes periodos del día son simulados obteniendo, consecuentemente, diferentes trayectorias óptimas.<br>Despite the substantial reduction of the emitted aircraft noise in the last decades, the noise impact on communities located near airports is a problem that still lingers. Containing the sound generated by aircraft operations, while meeting the increasing demand for aircraft transportation, is one of the major challenges that airport authorities, air traffic service providers and aircraft operators may deal with. Aircraft noise can be reduced by improving the aerodynamics of the aircraft, the engine noise emissions but also in designing new optimised flight procedures. These procedures, are generally called Noise Abatement Procedures (NAP) and may include preferential routings (in order to avoid populated areas) and also schedule optimised vertical flight path profiles. Present noise abatement procedures are far from being optimal in regards to minimising noise nuisances. In general, their optimisation is not possible due to the limitations of navigation methods, current avionic equipments and the complexity present at some terminal airspaces. Moreover, NAP are often designed manually by a group of experts and several iterations are needed. However, in the forthcoming years, new avionic systems and new Air Traffic Management concepts are expected to significantly improve the design of flight procedures. This will make them more flexible, and therefore will allow them to be more environmental friendly. Furthermore, in the few cases where NAP are optimised, an acoustical metric is usually used when building up the different optimisation functions. Therefore, the actual noise annoyance is not taken into account in the optimisation process. The annoyance is a subjective, complex and context-dependent concept. Even if sophisticated noise annoyance models are already available today, their integration into an trajectory optimisation framework is still something to be further explored. This dissertation is mainly focused on the fact that those precise and more flexible trajectories will enable the definition of optimal flight procedures regarding the noise annoyance impact, especially in the arrival and departure phases of flights. In addition, one can conceive a situation where these kinds of procedures can be designed automatically or semi-automatically by an expert system, based on optimisation techniques and approximate reasoning. This would serve as a decision making tool for airspace planners and procedure designers.A complete framework for computing optimal NAP is developed in this work. This includes a set of nonlinear models which take into account aircraft dynamics, trajectory constraints and objective functions. The noise annoyance is modelled by using fuzzy logic techniques in function of the perceived maximum sound level, the hour of the day and the type of over-flown zone. The problem tackled, formally identified and formulated as a multi-criteria optimal control problem, uses a direct transcription method to transform it into a Non Linear Programming problem. Then, an assessment of different multi-objective optimisation techniques is presented. Among these techniques, scalarisation methods are identified as the most widely used methodologies in the present day literature. Yet, in this dissertation several alternative techniques are explored in order to overcome some known drawbacks of this technique. In this context, lexicographic, hierarchical, egalitarian (or min-max) and goal optimisation strategies are presented and tested. From this analysis some conclusions arise allowing us to take advantage of the best features of each optimisation technique aimed at building a final compound multi-objective optimisation strategy. Finally, this strategy is applied successfully to a complex and real scenario, where the East departures of runway 02 at the airport of Girona (Catalonia, Spain) are optimised. Two aircraft types are simulated at different periods of the day obtaining different optimal trajectories.

Tot i que en les últimes dècades la reducció del soroll emès pels avions ha estat substancial, el seu impacte a la població ubicada a prop dels aeroports és un problema que encara persisteix. Contenir el soroll generat per les operacions d'aeronaus, tot assumint al mateix temps la creixent demanda de vols, és un dels principals desafiaments a que s'enfronten les autoritats aeroportuàries, els proveïdors de serveis per a la navegació aèria i els operadors de les aeronaus. A part de millorar l'aerodinàmica o les emissions sonores de les aeronaus, l'impacte acústic de les seves operacions es pot reduir també gràcies a la definició de nous procediments de vol més òptims. Aquests procediments s'anomenen generalment Procediments d'Atenuació de Soroll (PAS) i poden incloure rutes preferencials de vol (a fi d'evitar les zones poblades) i també perfils de vol verticals optimitzats. <br/><br/>Els procediments actuals per a la reducció de soroll estan molt lluny de ser els òptims. En general, la seva optimització no és possible a causa de les limitacions d'avui en dia en els mètodes de navegació, els equips d'aviònica i la complexitat present en alguns espais aeris. D'altra banda, molts PAS s'han dissenyat de forma manual per un grup d'experts i amb l'ajuda de diverses iteracions. Tot i això, en els propers anys s'esperen nous sistemes d'aviònica i conceptes de gestió del trànsit aeri que permetin millorar el disseny d'aquests procediments, fent que siguin més flexibles. En els pocs casos on s'optimitzen PAS, se sol utilitzar una mètrica acústica en l'elaboració de les diferents funcions objectiu i per tant, no es tenen en compte les molèsties sonores reals. La molèstia és un concepte subjectiu, complexe i que depèn del context en que s'usa i la seva integració en l'optimització de trajectòries segueix essent un aspecte a estudiar.<br/><br/>La present tesi doctoral es basa en el fet que en el futur serà possible definir trajectòries més flexibles i precises. D'aquesta manera es permetrà la definició de procediments de vol òptims des d'un punt de vista de molèsties acústiques. Així doncs, es considera una situació en que aquest tipus de procediments poden ser dissenyats de forma automàtica o semi-automàtica per un sistema expert basat en tècniques d'optimització i de raonament aproximat. Això serviria com una eina de presa de decisions per planificadors de l'espai aeri i dissenyadors de procediments. <br/><br/>En aquest treball es desenvolupa una eina completa pel càlcul de PAS òptims. Això inclou un conjunt de models no lineals que tinguin en compte la dinàmica de les aeronaus, les limitacions de la trajectòria i les funcions objectiu. La molèstia del soroll es modela utilitzant tècniques de lògica difusa en funció del nivell màxim de so percebut, l'hora del dia i el tipus de zona a sobrevolar. Llavors, s'identifica i es formula formalment el problema com a un problema de control òptim multi-criteri. Per resoldre'l es proposa un mètode de transcripció directa per tal de transformar-lo en un problema de programació no lineal. A continuació s'avaluen una sèrie de tècniques d'optimització multi-objectiu i entre elles es destaca el mètode d'escalarització, el més utilitzat en la literatura. No obstant això, s'exploren diverses tècniques alternatives que permeten superar certs inconvenients que l'escalarització presenta. En aquest context, es presenten i proven tècniques d'optimització lexicogràfica, jeràrquica, igualitària (o min-max) i per objectius. D'aquest anàlisi es desprenen certes conclusions que permeten aprofitar les millors característiques de cada tècnica i formar finalment una tècnica composta d'optimització multi-objectiu. Aquesta última estratègia s'aplica amb èxit a un escenari real i complex, on s'optimitzen les sortides cap a l'Est de la pista 02 de l'aeroport de Girona. En aquest exemple, dos tipus diferents d'aeronaus volant a diferents períodes del dia són simulats obtenint, conseqüentment, diferents trajectòries òptimes.<br>Aunque en las últimas décadas la reducción del ruido emitido por los aviones ha sido sustancial, su impacto en la población ubicada cerca de los aeropuertos es un problema persistente. Contener este ruido, asumiendo al mismo tiempo la creciente demanda de vuelos, es uno de los principales desafíos a que se enfrentan las autoridades aeroportuarias, los proveedores de servicios para la navegación y los operadores. Aparte de mejorar la aerodinámica o las emisiones sonoras de las aeronaves, su impacto acústico se puede reducir también gracias a la definición de nuevos procedimientos de vuelo optimizados. Éstos, se denominan generalmente Procedimientos de Atenuación de Ruido (PAR) y pueden incluir rutas preferenciales de vuelo (a fin de evitar las zonas pobladas) y también perfiles de vuelo optimizados.<br/><br/>Los procedimientos actuales para la reducción de ruido están muy lejos de ser los óptimos. En general, su optimización no es posible debido a las limitaciones de hoy en día en los métodos de navegación, los equipos de aviónica y la complejidad presente en algunos espacios aéreos. Por otra parte, muchos PAR se han diseñado de forma manual por un grupo de expertos y con la ayuda de varias iteraciones. Sin embargo, en los próximos años se esperan nuevos sistemas de aviónica y conceptos de gestión del tráfico aéreo que permitan mejorar el diseño de estos procedimientos, haciendo que sean más flexibles. En los pocos casos donde se optimizan PAR, se suele utilizar una métrica acústica en la elaboración de las diferentes funciones objetivo y por lo tanto, no se tienen en cuenta las molestias sonoras reales. La molestia es un concepto subjetivo, complejo y que depende del contexto en que se usa y su integración en la optimización de trayectorias sigue siendo un aspecto a estudiar.<br/> <br/>La presente tesis doctoral se basa en el hecho de que en el futuro será posible definir trayectorias más flexibles y precisas. De esta manera se permitirá la definición de procedimientos de vuelo óptimos desde un punto de vista de molestias acústicas. Se considera una situación en que este tipo de procedimientos pueden ser diseñados de forma automática o semi-automática por un sistema experto basado en técnicas de optimización y de razonamiento aproximado. Esto serviría como una herramienta de toma de decisiones para planificadores del espacio aéreo y diseñadores de procedimientos.<br/><br/>En este trabajo se desarrolla una herramienta completa para el cálculo de PAR óptimos. Esto incluye un conjunto de modelos no lineales que tengan en cuenta la dinámica de las aeronaves, las limitaciones de la trayectoria y las funciones objetivo. La molestia del ruido se modela utilizando técnicas de lógica difusa en función del nivel máximo de sonido percibido, la hora del día y el tipo de zona a sobrevolar. Entonces, se identifica y se formula formalmente el problema como un problema de control óptimo multi-criterio. Para resolverlo se propone un método de transcripción directa para transformarlo en un problema de programación no lineal. A continuación se evalúan una serie de técnicas de optimización multi-objetivo y entre ellas se destaca el método de escalarización, el más utilizado en la literatura. Sin embargo, se exploran diversas técnicas alternativas que permiten superar ciertos inconvenientes que la escalarización presenta. En este contexto, se presentan y prueban técnicas de optimización lexicográfica, jerárquica, igualitaria (o min-max) y por objetivos. De este análisis se desprenden ciertas conclusiones que permiten aprovechar las mejores características de cada técnica y formar finalmente una técnica compuesta de optimización multi-objetivo. Esta última estrategia se aplica con éxito en un escenario real y complejo, donde se optimizan las salidas hacia el Este de la pista 02 del aeropuerto de Girona. En este ejemplo, dos tipos diferentes de aeronaves volando a diferentes periodos del día son simulados obteniendo, consecuentemente, diferentes trayectorias óptimas.<br>Despite the substantial reduction of the emitted aircraft noise in the last decades, the noise impact on communities located near airports is a problem that still lingers. Containing the sound generated by aircraft operations, while meeting the increasing demand for aircraft transportation, is one of the major challenges that airport authorities, air traffic service providers and aircraft operators may deal with. Aircraft noise can be reduced by improving the aerodynamics of the aircraft, the engine noise emissions but also in designing new optimised flight procedures. These procedures, are generally called Noise Abatement Procedures (NAP) and may include preferential routings (in order to avoid populated areas) and also schedule optimised vertical flight path profiles. <br/><br/>Present noise abatement procedures are far from being optimal in regards to minimising noise nuisances. In general, their optimisation is not possible due to the limitations of navigation methods, current avionic equipments and the complexity present at some terminal airspaces. Moreover, NAP are often designed manually by a group of experts and several iterations are needed. However, in the forthcoming years, new avionic systems and new Air Traffic Management concepts are expected to significantly improve the design of flight procedures. This will make them more flexible, and therefore will allow them to be more environmental friendly. Furthermore, in the few cases where NAP are optimised, an acoustical metric is usually used when building up the different optimisation functions. Therefore, the actual noise annoyance is not taken into account in the optimisation process. The annoyance is a subjective, complex and context-dependent concept. Even if sophisticated noise annoyance models are already available today, their integration into an trajectory optimisation framework is still something to be further explored. <br/><br/>This dissertation is mainly focused on the fact that those precise and more flexible trajectories will enable the definition of optimal flight procedures regarding the noise annoyance impact, especially in the arrival and departure phases of flights. In addition, one can conceive a situation where these kinds of procedures can be designed automatically or semi-automatically by an expert system, based on optimisation techniques and approximate reasoning. This would serve as a decision making tool for airspace planners and procedure designers.<br/><br/>A complete framework for computing optimal NAP is developed in this work. This includes a set of nonlinear models which take into account aircraft dynamics, trajectory constraints and objective functions. The noise annoyance is modelled by using fuzzy logic techniques in function of the perceived maximum sound level, the hour of the day and the type of over-flown zone. The problem tackled, formally identified and formulated as a multi-criteria optimal control problem, uses a direct transcription method to transform it into a Non Linear Programming problem. Then, an assessment of different multi-objective optimisation techniques is presented. Among these techniques, scalarisation methods are identified as the most widely used methodologies in the present day literature. Yet, in this dissertation several alternative techniques are explored in order to overcome some known drawbacks of this technique. In this context, lexicographic, hierarchical, egalitarian (or min-max) and goal optimisation strategies are presented and tested. From this analysis some conclusions arise allowing us to take advantage of the best features of each optimisation technique aimed at building a final compound multi-objective optimisation strategy. Finally, this strategy is applied successfully to a complex and real scenario, where the East departures of runway 02 at the airport of Girona (Catalonia, Spain) are optimised. Two aircraft types are simulated at different periods of the day obtaining different optimal trajectories.

Avui en dia, moltes organitzacions, empreses o universitats han anat acumulant, durant anys, un gran nombre de recursos computacionals agrupats en clústers. Els Entorns Clúster Federats sorgeixen com una nova arquitectura amb l’objectiu d’unir tots aquests recursos, augmentant la capacitat de còmput global de l’organització sense haver de fer una gran inversió econòmica. No obstant això, l’elevat nombre de màquines i recursos computacionals, comporten un gran consum energètic. A causa de les connotacions econòmiques i sostenibles que això implica, recentment s’ha obert una nova línia d’investigació que s’ha centrat a reduir el consum d’energia i maximitzar el rendiment de les aplicacions i la utilització dels recursos computacionals . La planificació en aquests entorns, responsable d’assignar les aplicacions als recursos del sistema, ofereix la possibilitat d’obtenir grans millores, ja que gestionar correctament els recursos pot tenir un gran impacte en el rendiment del sistema i en l’eficiència energètica. Tanmateix, aquest procés és molt complex, ja que pertany al grup de problemes NP. Aquesta tesi estudia el problema de la planificació de grans workloads extrets de diverses traces reals. Les tècniques proposades consideren l’heterogeneïtat dels recursos del sistema, així com també la capacitat d’aplicar la co-assignació per aprofitar els recursos sobrants de cada clúster. Les propostes utilitzaran tàctiques sofisticades multi-criteri, basades en Algoritmes Genètics i Particle Swarm Optimization centrades en la reducció tant del temps d’execució dels treballs com del consum energètic del sistema. Els resultats mostren l’efectivitat dels mètodes proposats, proporcionant solucions que milloren el rendiment respecte a altres tècniques presents en la literatura. Obrint una nova i interessant línia d’investigació en el camp de la planificació en entorns altament distribuïts i heterogenis.<br>Hoy en día, muchas organizaciones, empresas o universidades han ido acumulando, durante años, un gran número de recursos agrupados en clústeres. Los Entornos Cluster Federados surgen como una nueva arquitectura con el objetivo de unir todos estos recursos, aumentando la capacidad de cómputo global de la organización sin tener que hacer una gran inversión económica. Sin embargo, el elevado número de máquinas y recursos de computo, comportan un gran consumo energético. Debido a las connotaciones económicas y sostenibles que ello implica, recientemente se ha abierto una nueva línea de investigación que se ha centrado en reducir el consumo de energía y maximizar el rendimiento de las aplicaciones y utilización de los recursos. La planificación en estos entornos, responsable de asignar las aplicaciones a los recursos del sistema, ofrece la posibilidad de obtener grandes mejoras, ya que gestionar correctamente los recursos puede tener un gran impacto en el rendimiento del sistema y en la eficiencia energética. Sin embargo, este proceso es muy complejo, ya que pertenece al grupo de problemas NP. Esta tesis estudia el problema de la planificación de grandes workloads extraídos de distintas trazas reales. Las técnicas propuestas consideran la heterogeneidad de los recursos del sistema, así como también la capacidad de aplicar la co-asignación para aprovechar los recursos sobrantes de cada clúster. Las propuestas utilizarán tácticas sofisticadas multi-criterio, basadas en Algoritmos Genéticos y Particle Swarm Optimization centradas en la reducción tanto del tiempo de ejecución de los trabajos como del consumo energético del sistema. Los resultados muestran la efectividad de los métodos propuestos, proporcionando soluciones que mejoran el rendimiento respecto a otras técnicas presentes en la literatura. Abriendo una nueva e interesante línea de investigación en el campo de la planificación en entornos altamente distribuidos y heterogéneos.<br>Many organizations, companies or universities have accumulated, over the years, a large number of computing resources grouped in Clusters. Cluster Federated Environments arise as a new architecture with the objective of joining all these resources, increasing the global computing capacity of the organization without making a great economic investment. However, the high number of machines and computing resources imples great energy consumption. Due to the economic and sustainable connotations that this entails, recently a new line of investigation has focused on reducing energy consumption while maximizing the performance of the applications and the usage of the system. The scheduling in these environments, responsible for allocating the applications to the system resources, offers the possibility of obtaining great improvements, as managing the resources correctly can have a great impact on the system performance and energy efficiency. However, this process is very complex, since it belongs to the NP problem group. This PhD studies the problem of scheduling large batch workloads extracted from diverse real traces. The proposed techniques consider the heterogeneity of the system resources as well as the ability to apply co-allocation in order to take advantage of the leftover resources across clusters. The proposals will use sophisticated multi-criteria tactics, based on Genetic Algorithms and Particle Swarm Optimization, focused on reducing both the execution time of the jobs and the energy consumption of the system. The results show the effectiveness of the proposed methods, which provide solutions that improved the performance compared with other well-known techniques in the literature, opening new and interesting research lines in the scheduling field in highly distributed and heterogeneous environments.

Alineant-se amb l'ambiciós paquet de mesures de la UE per 2030 que pretén reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i reemplaçar les fonts de calor convencionals amb fonts renovables dins de nuclis urbans, les plantes centralitzades de calefacció solar amb emmagatzemament estacional (CSHPSS) es troben entre les tecnologies més prometedores per estalviar energia en els sectors industrial i residencial-comercial. Aquest treball presenta una avaluació exhaustiva de la possibilitat d'integrar CSHPSS al sector residencial de diversos estats membres de la UE a través d'un enfocament sistemàtic d'optimització d'aquests sistemes tenint en compte els criteris econòmics i ambientals. Aquest enfocament incorpora simultàniament les anàlisis de cicle de vida econòmic i mediambiental al mateix temps que procura satisfer tècnicament tant la demanda de calefacció com els serveis domèstics d'aigua calenta. La metodologia s'aplica a una comunitat residencial de 1120 habitatges en diverses zones de la UE, amb Barcelona, Madrid, Atenes, Berlín i Hèlsinki com a exemples de diferents tipus climàtics europeus. L'avaluació ambiental mostra una millora significativa comparant la CSHPSS amb un sistema de calefacció de gas natural, arribant en alguns casos fins a un 87% de reduccions. D'altra banda, una àmplia millora econòmica és especialment limitada a la zona climàtica mediterrània (Atenes) a causa de les baixes demandes de calefacció i els preus dels recursos no renovables, el cost econòmic total de la CSHPSS pot superar fins a un 50.8% un sistema de calefacció de gas natural. No obstant això, tenint en compte l'actual tendència creixent en els preus del gas natural a tota la UE, l'estudi dels costos futurs de la planta confirma la seva viabilitat econòmica a llarg termini. En general, la nostra eina pot guiar els enginyers i arquitectes en la transició cap a un sector residencial més sostenible.<br>Alineándose con el ambicioso paquete de medidas de la UE para 2030 que pretende reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y reemplazar las fuentes de calor convencionales con fuentes renovables dentro de núcleos urbanos, las plantas centralizadas de calefacción solar con almacenamiento estacional (CSHPSS) se encuentran entre las tecnologías más prometedoras para ahorrar energía en los sectores industrial y residencial-comercial. Este trabajo presenta una evaluación exhaustiva de la posibilidad de integrar CSHPSS en el sector residencial de varios estados miembros de la UE a través de un enfoque sistemático de optimización de estos sistemas teniendo en cuenta los criterios económicos y ambientales. Este enfoque incorpora simultáneamente los análisis de ciclo de vida económico y medioambiental al mismo tiempo que procura satisfacer técnicamente tanto la demanda de calefacción como los servicios domésticos de agua caliente. La metodología se aplica a una comunidad residencial de 1120 viviendas en diversas zonas de la UE, con Barcelona, Madrid, Atenas, Berlín y Helsinki como ejemplos de diferentes tipos climáticos europeos. La evaluación ambiental muestra una mejora significativa comparando la CSHPSS con un sistema de calefacción de gas natural, llegando en algunos casos hasta un 87% de reducciones. Por otro lado, una amplia mejora económica es especialmente limitada en la zona climática mediterránea (Atenas) debido a las bajas demandas de calefacción y los precios de los recursos no renovables, el costo económico total de la CSHPSS puede superar hasta un 50.8% un sistema de calefacción de gas natural. Sin embargo, teniendo en cuenta la actual tendencia creciente en los precios del gas natural en toda la UE, el estudio de los costos futuros de la planta confirma su viabilidad económica a largo plazo. En general, nuestra herramienta puede guiar a los ingenieros y arquitectos en la transición hacia un sector residencial más sostenible.<br>Aligning with the ambitious EU 2030 climate and energy package for cutting the greenhouse emissions and replacing conventional heat sources through the presence of renewable energy share inside efficient district heating fields, central solar heating plants coupled with seasonal storage (CSHPSS) are among the most promising technologies to save energy in the industrial and residential-commercial building sectors. This work presents a comprehensive evaluation for the possibility of integrating CSHPSS in the residential sector in various EU member states through the introduction of a systematic approach to optimize these systems according to economic and environmental criteria. This approach comprises simultaneously the life cycle cost analysis for the economic evaluation and the life cycle assessment for the environmental impact estimation while technically satisfying both the space heating demand and the domestic hot water services. The methodology framework is applied to a residential neighborhood community of 1120 dwellings in various EU zones with Barcelona, Madrid, Athens, Berlin, and Helsinki acting as proxy for different European climate types. The environmental assessment shows a significant improvement when using the CSHPSS in comparison to a natural gas heating system, arriving in some cases up to 87% reductions. On the other hand, an extensive economic improvement is especially limited in the Mediterranean climate zone (Athens) due to low heating demands and the prices of the non-renewable resources, there the total economic cost of the CSHPSS can increase up to 50.8% compared to a natural gas heating system. However, considering the incremental tendency in natural gas prices all over EU nowadays, the study of future plant costs confirms its favorable long term economic feasibility. Overall, our tool can guide engineers and architects in the transition towards a more sustainable residential sector.

The optimal planning of the annual development tasks of a medium voltage power distribution network, to tackle the evolution of the demand with maximum levels of quality and continuity of service and minimum investment, has been under the spotlight of the academic community for the last forty years. The methodologies avalaible today present some withdraws that might complicate its application on real cases. This thesis describes the design of a system of analysis and planning of real distribution networks, which incorporates a new multi-objective and dynamic multi-stage heuristic methodology to generate the optimal and efficient planning strategies. This new heuristic methodology contains strategies to increase its efficiency that have not been found in the specialized literature: the typing of the development tasks and the evaluation of the relative efficiency of the optimal planning strategies during the search.<br>La planificació òptima dels treballs anuals de desenvolupament d'una xarxa de distribució eléctrica de mitjana tensió, per atendre l'evolució de la demanda amb uns nivells màximes de qualitat i continuïtat del subministrament i amb una inversió mínima, ha estat objecte d'interès de la comunitat acadèmica durant els darrers quaranta anys. Les metodologies formulades fins avui presenten inconvenients que poden dificultar la seva aplicació en casos reals. Aquesta tesi detalla el disseny d'un sistema d'anàlisi i planificació de xarxes de distribució reals, que incorpora una nova metodologia heurística multi-objetiva i dinàmica multi-etapa per l'obtenció de planificacions òptimes i eficients. Aquesta nova metodologia heurística conté estratègies de millora de la seva eficiència que no s'han trobat en la literatura especialitzada: la tipificació d'actuacions de desenvolupament i l'avaluació de l'eficiència relativa de les planificacions òptimes durant el procés de cerca.

En aquesta tesi presentem una metodologia sistemàtica la qual permet caracteritzar sistemes biològics dinàmics a partir de dades de series temporals. Del treball desenvolupat se’n desprenen tres publicacions. En la primera desenvolupem un mètode d’optimització global determinista basat en l’outer approximation per a la estimació de paràmetres en sistemes biològics dinàmics. El nostre mètode es basa en la reformulació d’un conjunt d’equacions diferencials ordinàries al seu equivalent algebraic mitjançant l’ús de mètodes de col•locació ortogonal, donant lloc a un problema no convex programació no lineal (NLP). Aquest problema no convex NLP es descompon en dos nivells jeràrquics: un problema master de programació entera mixta (MILP) que proporciona una cota inferior rigorosa al solució global, i una NLP esclau d’espai reduït que dóna un límit superior. L’algorisme itera entre aquests dos nivells fins que un criteri de terminació es satisfà. En les publicacions segona i tercera vam desenvolupar un mètode que és capaç d’identificar l’estructura regulatòria amb els corresponents paràmetres cinètics a partir de dades de series temporals. En la segona publicació vam definir un problema d’optimització dinàmica entera mixta (MIDO) on minimitzem el criteri d’informació d’Akaike. En la tercera publicació vam adoptar una perspectiva MIDO multicriteri on minimitzem l’ajust i complexitat simultàniament mitjançant el mètode de l’epsilon constraint on un dels objectius es tracta com la funció objectiu mentre que la resta es converteixen en restriccions auxiliars. En ambdues publicacions els problemes MIDO es reformulen a programació entera mixta no lineal (MINLP) mitjançant la col•locació ortogonal en elements finits on les variables binàries s’utilitzem per modelar l’existència d’interaccions regulatòries.<br>En esta tesis presentamos una metodología sistemática que permite caracterizar sistemas biológicos dinámicos a partir de datos de series temporales. Del trabajo desarrollado se desprenden tres publicaciones. En la primera desarrollamos un método de optimización global determinista basado en el outer approximation para la estimación de parámetros en sistemas biológicos dinámicos. Nuestro método se basa en la reformulación de un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias a su equivalente algebraico mediante el uso de métodos de colocación ortogonal, dando lugar a un problema no convexo de programación no lineal (NLP). Este problema no convexo NLP se descompone en dos niveles jerárquicos: un problema master de programación entera mixta (MILP) que proporciona una cota inferior rigurosa al solución global, y una NLP esclavo de espacio reducido que da un límite superior. El algoritmo itera entre estos dos niveles hasta que un criterio de terminación se satisface. En las publicaciones segunda y tercera desarrollamos un método que es capaz de identificar la estructura regulatoria con los correspondientes parámetros cinéticos a partir de datos de series temporales. En la segunda publicación definimos un problema de optimización dinámica entera mixta (MIDO) donde minimizamos el criterio de información de Akaike. En la tercera publicación adoptamos una perspectiva MIDO multicriterio donde minimizamos el ajuste y complejidad simultáneamente mediante el método del epsilon constraint donde uno de los objetivos se trata como la función objetivo mientras que el resto se convierten en restricciones auxiliares. En ambas publicaciones los problemas MIDO se reformulan a programación entera mixta no lineal (MINLP) mediante la colocación ortogonal en elementos finitos donde las variables binarias se utilizan para modelar la existencia de interacciones regulatorias.<br>In this thesis we present a systematic methodology to characterize dynamic biological systems from time series data. From the work we derived three publications. In the first we developed a deterministic global optimization method based on the outer approximation for parameter estimation in dynamic biological systems. Our method is based on reformulating the set of ordinary differential equations into an equivalent set of algebraic equations through the use of orthogonal collocation methods, giving rise to a nonconvex nonlinear programming (NLP) problem. This nonconvex NLP is decomposed into two hierarchical levels: a master mixed-integer linear programming problem (MILP) that provides a rigorous lower bound on the optimal solution, and a reduced-space slave NLP that yields an upper bound. The algorithm iterates between these two levels until a termination criterion is satisfied. In the second and third publications we developed a method that is able to identify the regulatory structure and its corresponding kinetic parameters from time series data. In the second publication we defined a mixed integer dynamic optimization problem (MIDO) which minimize the Akaike information criterion. In the third publication, we adopted a multi-criteria MIDO which minimize complexity and fit simultaneously using the epsilon constraint method in which one objective is treated as the objective function while the rest are converted to auxiliary constraints. In both publications MIDO problems were reformulated to mixed integer nonlinear programming (MINLP) through the use of orthogonal collocation on finite elements where binary variables are used to model the existence of regulatory interactions.