Ingenius. Revista de Ciencia y Tecnología

IMPLEMENTATION OF AN ALGORITHM FOR ECUADORAM TRAFFIC SIGN DETECTION: STOP, GIVE-WAY AND VELOCITY CASES

Resumen Este artículo presenta un prototipo de un sistema embarcado en un vehículo para la detección de señales de tránsito (SDST). Por lo tanto, un nuevo enfoque para la construcción de un SDST se presenta usando las siguientes innovaciones, i) un método eficiente de segmentación por color para la generación de regiones de interés (ROI) basado en los algoritmos , con -means, ii) una nueva versión del descriptor HOG para la extracción de características, y iii) el entrenamiento del algoritmo SVM no-lineal para multiclasificación. El enfoque propuesto ha sido probado sobre un subconjunto de las señales de tránsito ecuatorianas de regulación (Pare, Ceda el paso y Velocidad). Varios experimentos han sido desarrollados en condiciones reales de conducción en varias ciudades ecuatorianas, bajo tres condiciones de iluminación: normal, soleado y nublado. Este sistema ha mostrado un desempeño global del 98,7 % para la segmentación, 99,49 % para la clasificación y una precisión global del 96 % en la detección.

Abstract This paper presents a system prototype for traffic sign detection (SDST) on-board a moving vehicle. Therefore, a new approach to the development of an SDST is presented, using the following innovations: i) an efficient method of color segmentation for regions of interest (ROIs) generation based on with -means, ii) a new version of the HOG descriptor for feature extraction and iii) SVM training for stage multi-classification. The proposed approach has been specialized and tested on a subset of Regulatory (Stop, Give-way and Velocity) Ecuadorian signs. Many experiments have been carried out in real driving conditions, under different lighting changes such as normal, sunny and cloudy. This system has showed a global performance of 98.7% for segmentation, 99.49% for classification and an accuracy of 96% for detection.

DESIGN OF A NEURAL NETWORK FOR THE PREDICTION OF THE COEFFICIENT OF PRIMARY LOSSES IN UTRBULENT FLOW REGIME

Resumen La presente investigación está orientada al diseño de una red neuronal para la predicción del factor de fricción en régimen de flujo turbulento, siendo este indispensable para el cálculo de pérdidas primarias en conductos cerrados o tuberías. Se utiliza Neural Networks Toolbox de MATLAB® para diseñar la red neuronal artificial (RNA), con retropropagación, cuya base de datos comprende 724 puntos obtenidos del diagrama de Moody. Las variables de entrada de la RNA son el número de Reynolds y la rugosidad relativa de la tubería; la variable de salida es el coeficiente de fricción. Utilizando el algoritmo de entrenamiento de Levenberg-Marquardt se entrena la RNA con distintas topologías, variando el número de capas ocultas y el número de neuronas ocultas en cada capa. Con una estructura 2-30-30-1 de la RNA se obtuvo el mejor resultado, exhibiendo un error cuadrático medio (ECM) de 1,75E-8 y un coeficiente de correlación de Pearson R de 0,99999 entre la salida de la red neuronal y la salida deseada. Además, mediante un análisis descriptivo de variable en el software SPSS®, se obtiene que el error relativo medio es de 0,162 %, indicando que el modelo diseñado es capaz de generalizar con alta precisión.

Abstract This investigation is focused on the design of a neural network for the prediction of the friction factor in turbulent flow regime, being this factor indispensable for the calculation of primary losses in closed ducts or pipes. MATLAB® Neural Networks Toolbox is used to design the artificial neural network (ANN), with backpropagation. The database includes 724 points obtained from the Moody diagram. The Reynolds number and the relative roughness of the pipe are the input variables of the ANN, the output variable is the coefficient of friction. The Levenberg-Marquardt algorithm is used for training the ANN by using different topologies, varying the number of hidden layers and the number of neurons that are hidden in each layer. The best result was obtained with a 2-30-30-1 topology, exhibiting a mean squared error (MSE) of 1.75E-8 and a Pearson correlation coefficient R of 0.99999 between the neural network output and the desired output. Furthermore, a descriptive analysis of the variable was performed in the SPSS® software, where the mean relative error obtained was 0.162 %, indicating that the designed model is able to generalize with high accuracy.

SUSTAINABLE WATER CONSUMPTION OF DWELLING IN THE CUENCA CITY

Resumen El presente estudio propone y sustenta la aplicación de cuatro criterios para la gestión sustentable de agua potable al interior de la vivienda en la ciudad de Cuenca, Ecuador. Los criterios determinados son el control del consumo de agua, el control de fugas, el uso de dispositivos ahorradores y los sistemas de reutilización de agua. Se definen tres niveles de valoración para cada criterio: estándar, mejores prácticas y superiores prácticas. Para el desarrollo de la investigación se aplican encuestas a la población que permiten sondear la existencia y la predisposición de incorporar prácticas de ahorro de agua potable en las viviendas; además, se realizan mediciones del consumo de agua por usos en diez viviendas durante una semana; conjuntamente se procesa la información oficial del consumo de agua del cantón Cuenca facilitado por la empresa municipal de la ciudad y se analizan varias normas: ISO, INEC y la Norma Técnica Ecuatoriana de la Construcción, entre otras. Finalmente, se concluye con la determinación de un porcentaje de ahorro de agua de hasta el 30 %, que se puede obtener con la aplicación de prácticas sustentables.

Abstract This study proposes and supports the application of 4 criteria for the sustainable management of drinking water inside the dwelling in the city of Cuenca, Ecuador. The criteria determined are: the control of water consumption, the control of leaks, the use of saving devices and water reuse systems. Three levels of assessment are defined for each criterion: standard, best practices and superior practices. For the development of the research, surveys are applied to the population that allow probing the existence and predisposition to incorporate drinking water saving practices in the homes, in addition measurements of water consumption by uses are made in 10 homes for a week, together the official information on the water consumption of the canton Cuenca facilitated by the municipal company of the city is processed, and several standards are analyzed: ISO, INEC and the Ecuadorian Technical Construction Standard, among others. Finally, it concludes with the determination of a percentage of water savings of up to 30%, which can be obtained the application of sustainable practices.

PREDICTION OF THERMAL IMPACT REDUCTION IN A DOUBLE WALL BUILDING

Resumen En la ciudad de Santa Fe de la Vera Cruz, Argentina, se está construyendo un edificio de altura que incluye elementos de arquitectura sustentable, eficiencia energética y confort logrado con la utilización de recursos naturales. Particularmente, un diseño de doble fachada en los frentes que dan al exterior para lograr una cámara de aire que impida la transferencia térmica desde el exterior al interior en verano y al revés en invierno. Este trabajo presenta un estudio numérico de la evaluación del desempeño térmico de la cavidad interpuesta en la doble fachada del edificio, para distintas condiciones climáticas, considerando dos alternativas de diseño: cámara de aire cerrada y cámara de aire conectada con el exterior. Ambos casos se comparan con la situación de inexistencia de la cámara, cuya transferencia de energía térmica se constituye en el caso patrón. Los resultados muestran que para las condiciones de verano, la cavidad con conexión al exterior sería la más recomendable, mientras que para el invierno, la cavidad cerrada es más apta para el ahorro de energía.

Abstract At Santa Fe de la Vera Cruz city, Argentina, a building that includes elements of sustainable architecture, energy efficiency and comfort based on the use of natural resources is built. Particularly, a double facade design on the front walls is meant to achieve an air chamber that prevents heat transfer from the outside to the inside in summer and vice versa in winter. In this work, a numerical study is presented for the evaluation of the thermal performance of a cavity (air chamber) interposed in a double facade of the building for different climatic conditions, considering two air chambers alternatives: connected and non connected to the outside. Both cases are energetically compared with the standard facade design without chamber. The results show that for summer conditions, a chamber connected to the outside would be the most efficient design, while for winter, the closed cavity is the best saving-energy alternative.

PEDESTRIAN DETECTION AT NIGHT BY USING FASTER R-CNN Y INFRARED IMAGES

Resumen En este artículo se presenta un sistema de detección de peatones en la noche, para aplicaciones en seguridad vehicular. Para este desarrollo se ha analizado el desempeño del algoritmo Faster R-CNN [1] con imágenes en el infrarrojo lejano. Por lo que se constató que presenta inconvenientes a la hora de detectar peatones a larga distancia. En consecuencia, se presenta una nueva arquitectura Faster R-CNN dedicada a la detección en múltiples escalas, mediante dos generadores de regiones de interés (ROI) dedicados a peatones a corta y larga distancia, denominados RPNCD y RPNLD respectivamente. Esta arquitectura ha sido comparada con los modelos para Faster R-CNN [1] que han presentado los mejores resultados, como son VGG-16 [2] y Resnet 101 [3]. Los resultados experimentales se han desarrollado sobre las bases de datos CVC-09 [4] y LSIFIR [5], los cuales demostraron mejoras, especialmente en la detección de peatones a larga distancia, presentando una tasa de error versus FPPI de 16 % y sobre la curva Precisión vs. Recall un AP de 89,85 % para la clase peatón y un mAP de 90 % sobre el conjunto de pruebas de las bases de datos LSIFIR [5] y CVC-09 [4].

Abstract In this paper we present a system for pedestrian detection at nighttime conditions for vehicular safety applications. For this purpose, we analyze the performance of the algorithm Faster R-CNN [1] for infrared images. So that we note that Faster R-CNN [1] has problems to detect small scale pedestrians. For this reason, we present a new Faster R-CNN architecture focused on multi-scale detection, through two ROI’s generators for large size and small size pedestrians, RPNCD and RPNLD respectively. This architecture has been compared with the best Faster R-CNN [1] baseline models, VGG-16 [2] and Resnet 101 [3], which present the best results. The experimental results have been development on CVC-09 [4] and LSIFIR [5] databases, which show improvements specially when detecting pedestrians that are far away, over the DET curve presents the miss rate versus FPPI of 16% and over the Precision vs Recall the AP of 89.85% for pedestrian class and the mAP of 90% over LSIFIR [5] and CVC-09 [4] test sets.

A TECHNICAL STUDY OF SOLAR AND BIOGAS ENERGY USAGE IN ELECTRIC VEHICLES IN ILHABELA, BRAZIL

Resumen Actualmente, los sistemas híbridos de generación de energía se han mostrado como una excelente oportunidad para la generación de electricidad. En este trabajo se presenta el estudio de uno de estos sistemas considerando dos fuentes de energía disponibles (solar – biogás) en la isla Ilhabela en el estado de San Pablo – Brasil, con miras a dotar de energía a vehículos eléctricos. Este estudio se basa primeramente en el cálculo de la demanda de energía de los vehículos eléctricos en esta isla. Luego se determina la capacidad de producción de biogás en Ilhabela. Posteriormente se efectúa un análisis energético de la planta con una microturbina a biogás para conocer la energía producida y la demanda de biogás. Como último paso, se calcula la cantidad de energía necesaria a ser generada con la planta fotovoltaica. Los resultados muestran que, considerando un índice de inserción de mercado del 4 % de los vehículos eléctricos, la demanda energética media es de 46 327 kWh/mes. Por otro lado, la capacidad de producción de biogás en la isla es dos veces mayor a la necesaria para generar 16 200 kWh/mes. Finalmente, la planta fotovoltaica producirá 30 127 kWh/mes.

Abstract Actualmente, los sistemas híbridos de generación de energía se han mostrado como una excelente oportunidad para la generación de electricidad. En este trabajo se presenta el estudio de uno de estos sistemas considerando dos fuentes de energía disponibles (solar – biogás) en la isla Ilhabela en el estado de San Pablo – Brasil, con miras a dotar de energía a vehículos eléctricos. Este estudio se basa primeramente en el cálculo de la demanda de energía de los vehículos eléctricos en esta isla. Luego se determina la capacidad de producción de biogás en Ilhabela. Posteriormente se efectúa un análisis energético de la planta con una microturbina a biogás para conocer la energía producida y la demanda de biogás. Como último paso, se calcula la cantidad de energía necesaria a ser generada con la planta fotovoltaica. Los resultados muestran que, considerando un índice de inserción de mercado del 4 % de los vehículos eléctricos, la demanda energética media es de 46 327 kWh/mes. Por otro lado, la capacidad de producción de biogás en la isla es dos veces mayor a la necesaria para generar 16 200 kWh/mes. Finalmente, la planta fotovoltaica producirá 30 127 kWh/mes.

EQUIVALENT ELASTIC MODULUS FOR PREDICTION OF DEFORMATIONS IN JOINTS

Resumen En el estudio de la mecánica de contacto de las articulaciones humanas, la deformación de las superficies en contacto es fundamental porque posibilita un canal por el que fluye el lubricante reduciendo el desgaste. Para determinar la validez de las predicciones de los desplazamientos de estas superficies a partir de distintos métodos, estos se aplican al estudio del contacto seco y estático de articulaciones de rodilla y de cadera, sanas y protésicas. Aplicando una carga hertziana, se evaluaron tres módulos elásticos equivalentes en un modelo simplificado de columna: el correspondiente a un sólido de pequeño espesor, el correspondiente a un sólido semiinfinito o de Winkler y el correspondiente a un sólido semiinfinito corregido. Los resultados se contrastaron con la solución obtenida resolviendo numéricamente las ecuaciones de elasticidad mediante el método de elementos finitos (MEF). Los resultados para el módulo de Young correspondiente a un material de pequeño espesor, son los que mejor se aproximan a los obtenidos por el MEF. Se demuestra también, que los módulos de Young derivados de la aproximación de sólido semiinfinito son inapropiados. Asimismo, con este trabajo se ha entrenado un becario en las artes de la Mecánica Computacional.

Abstract When studying human joints contact mechanics, the surfaces deformations are relevant as they enable a lubrication flow channel that reduces wear. In order to determine the validity of different methods to predict the surfaces displacements, they were applied to the dry and static contact of healthy and prosthetic joints, both for knee and hip joints. Three equivalent elastic modulus for a simplified column model were evaluated: elastic modulus for a layer solid, elastic modulus for a semi-infinite solid (or Winkler elastic modulus) and elastic modulus for a corrected semi-infinite solid. A hertzian load was considered for all cases. The results were compared with the solution of the elasticity equations by means of the finite element method (FEM). The results for the Young´s modulus, corresponding to a material as a layer, are those that best approximate the FEM prediction. It is also shown that the Young´s module derived from the semi-infinite approximation are inappropriate. Likewise, this work allowed the training of an undergraduate student in Computational Mechanics.

Multi-criteria Methods Applied in the Selection of a Brake Disc Material

Resumen La selección de material para un componente automotor es un proceso complejo, porque implica una exploración de los principales criterios de acuerdo con las propiedades exigidas por el componente a diseñar. El presente estudio tiene como objetivo evaluar un material alterno en la fabricación de un disco de freno en vehículos livianos tipo SUV, a partir de los métodos multicriterio; para lo cual se toman en consideración cinco materiales candidatos para la aplicación deseada (Ti 6Al 4V, Al 10Si C, AISI 304L, ASTM A 536 y ASTM A48). Los métodos multicriterio (MCDM) empleados son: VIKOR – la optimización multidisciplinar y solución de compromiso; ELECTRE I – eliminación y opciones que reflejan la realidad; COPRAS – evaluación compleja proporcional; ARAS – evaluación de relación de aditivos; MOORA – optimización multiobjetivo basado en el análisis de radios y el método ENTROPÍA que se emplea para la ponderación de los criterios. Se obtiene que la mejor alternativa es el material ASTM A536 según los métodos COPRAS, ELECTRE I, y ARAS por su baja densidad, un alto límite elástico y una buena resistencia a la compresión; en segunda opción es el ASTM A48 según VIKOR y MOORA.

Abstract The selection of material for a self-propelled component is a complex process, because it involves an exploration of the main criteria according to the properties required by the component to be designed. The purpose of this study is to evaluate an alternative material in the manufacture of a brake disc in light SUV type vehicles, using multi-criteria methods; five candidate materials are taken into consideration for the desired application (Ti 6Al 4V, Al 10Si C, AISI 304L, ASTM A 536 and ASTM A48). The multi-criteria methods (MCDM) used are: VIKOR - multidisciplinary optimization and compromise solution; ELECTRE I - elimination and options that reflect reality; COPRAS - proportional complex evaluation; ARAS - additive ratio evaluation; MOORA - multi-objective optimization based on radius analysis and the ENTROPIA method used for the weighting of criteria. It is obtained that the best alternative is the ASTM A536 material according to the COPRAS, ELECTRE I, and ARAS methods due to its low density, a high elastic limit and a good resistance to compression; in the second option is ASTM A48 according to VIKOR and MOORA.

Estudio cinemático y dinámico del sistema de suspensión de un monoplaza de competencia eléctrico Formula Student

Resumen El nivel de competitividad que genera la Formula Student ha desencadenado en una serie de estudios y avances tecnológicos con el fin de mejorar cada vez más el rendimiento de los monoplazas para que se desenvuelvan con éxito ante las exigencias de la competencia. En este documento se detalla el estudio del sistema de suspensión de un monoplaza de competencia eléctrico Formula Student. Este estudio involucra un análisis de la cinemática y dinámica del sistema de suspensión en el cual se realiza una determinación analítica del movimiento, cargas y vibraciones por medio de software de simulación y de cálculos matemáticos. Con el estudio se busca evaluar el rendimiento de la suspensión en función del reglamento de la competencia, con el fin de establecer parámetros que mejoren el sistema de suspensión y a la vez el desempeño del monoplaza en términos de confort y seguridad.

Abstract The level of competitiveness generated by the Formula Student, has generated a series of studies and technological advances in order to improve the performance of the single seaters, so that its operation is successful according to the requirements of the competition. This document details the study of the suspension system of a Formula Student electric competition single seater. This study involves an analysis of the kinematics and dynamics of the suspension system in which an analytical determination of movement, loads and vibrations is carried out by means of simulation software and mathematical calculations. The aim of the study is to evaluate the performance of the suspension according to the regulations of the competition, to establish parameters that improve the suspension system and at the same time the performance of the car in terms of comfort and safety.

Access System Using an RFiD Card and Face Verification

Resumen En este trabajo se presenta el desarrollo de un prototipo de sistema de acceso a un centro de datos usando como identificación una tarjeta de radio frecuencia o RFiD y verificación del rostro del usuario. El sistema se compone de tres módulos de entrada y un módulo central. El objetivo fue diseñar un sistema para transmitir, desde cada módulo de entrada al módulo central, el identificador único universal de la tarjeta RFiD o UUID y la imagen del rostro del usuario para consultar en una base de datos MySQL y en un directorio de fotografías si el usuario puede acceder al área correspondiente del módulo de entrada. Cada módulo de entrada consta de una tarjeta Raspberry Pi 3 B+, un lector de tarjetas RFiD, una cámara de video y una pantalla de cristal líquido o LCD. El módulo central se compone de los mismos elementos que los módulos de entrada y cuenta con una pantalla táctil usada en la interfaz de usuario en lugar de una pantalla LCD. La comunicación entre los nodos es wifi, logrando una precisión del 99,2 % en la verificación del rostro y un tiempo de respuesta de 180 ms usando 310 fotografías entrenadas.

Abstract This paper presents the development of an access system to a data center using a RFID card and verification of the user's face. The system consists of three input modules and a central module. The objective was to design a system to transmit, from each input module to the central module, the universal unique identifier of the RFID card or UUID for its acronym in English and the user's face image to consult in a MySQL database and in a directory of photographs if the user can access the corresponding area of the input module. Each input module consists of a Raspberry Pi 3 B+ card, an RFID card reader, a video camera and a liquid crystal display or LCD for its acronym in English. The central module is composed of the same elements as the input modules and has a touch screen used in the user interface instead of an LCD screen. The communication between the nodes is WiFi, achieving a precision of 99.2% in the verification of the face and a response time of 180 ms using 310 trained photographs.