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Sistema de detección de patrones de desarrollo psicomotrices en niños basado en técnicas de aprendizaje automático
No full textResumen:
Este proyecto tiene como objetivo proporcionar una herramienta que ayude a la pre detección de problemas motrices en niños. Normalmente, la detección de este tipo de problemas se realiza mediante unas pruebas realizadas al niño en la que realiza diferentes movimientos o interacciones con objetos, mientras el especialista analiza sus acciones visualmente. El problema presentado con este método se haya en que la detección del problema se realiza de manera tardía, en una fase en la que es complicado corregir o aplicar un tratamiento adecuado que impida el desarrollo de estos problemas motrices.
Para poder realizar otro tipo de pruebas, se han desarrollado sondas que implementan sensores para medir diferentes parámetros como la velocidad de movimiento, aceleración o duración. El objetivo de estas sondas es recopilar un conjunto de datos tras la interacción de los niños con los objetos. En este proyecto se parte de un conjunto de datos recolectados que son el resultado de varias pruebas realizadas con niños que han utilizado estas sondas. La identidad de los niños será anónima en el desarrollo de este proyecto.
El conjunto de datos ha sido pre procesado y analizado mediante algoritmos de aprendizaje automático, tanto supervisados como no supervisados, una tecnología que permite obtener patrones, predicciones o un análisis más detallado a partir del conjunto de datos proporcionado al algoritmo. Para este proyecto es interesante la detección de grupos (patrones) y de las variables más influyentes a la hora de determinar a qué grupo pertenece cada niño. Una vez se aplica un algoritmo no supervisado, de agrupamiento, al conjunto de datos, se obtienen los principales grupos y los casos atípicos. Algunos algoritmos no tienen en cuenta para el análisis los casos atípicos, esto no es favorable para el caso presentado en este proyecto. Por ello, se han empleado algoritmos que tienen en cuenta los casos menos comunes, ya que son muy interesantes para el especialista. Estos casos pueden ser los posibles candidatos que presentan algún tipo de problema motriz.
La principal ventaja, de usar sensores y realizar interacciones con un grupo de niños que visualmente no es posible determinar si presentan algún tipo de problema motriz, es presentar al especialista las mayores diferencias entre todos los grupos, tanto los que se concentran en un grupo más grande como los que pueden presentar algún dato atípico respecto a los demás. Una vez se han obtenido las agrupaciones, tras analizar los datos con algoritmos no supervisados, los datos etiquetados (agrupados) son procesados mediante árboles de decisión. Los árboles de decisión son un algoritmo supervisado que proporcionan como salida las variables que influyen a la hora de asignar a un niño a un grupo u otro. Esto aporta al especialista una visión más detallada de las diferencias entre los diferentes casos.
Tras analizar el conjunto de datos con algoritmos supervisados y no supervisados, se presenta al especialista mediante un microservicio en el que puede ver, tanto las agrupaciones obtenidas en gráficos como las variables más influyentes a la hora de determinar a qué grupo se asignaría un nuevo registro. La presentación de estos datos cumple con el propósito general del proyecto, ya que para casos en los que visualmente no es posible determinar si existen problemas psico motrices, se pueden determinar casos atípicos en los que se puede apreciar variaciones en la velocidad, duración, aceleración o temblor a la hora de realizar movimiento. Variaciones que visualmente son apreciables en una fase tardía.
Los resultados obtenidos presentan un análisis menos detallado del que se habría obtenido con un conjunto de datos con más muestras. Esto nos da una primera versión válida para aportar información al especialista, pero no un análisis profundo de todos los grupos que se pueden presentar. Para línea de trabajo futura sería muy interesante aumentar el tamaño de las muestras para aportar un análisis más complejo al especialista. Por otra parte, el análisis realizado sobre los datos obtenidos en uno de los tipos de sondas, las espigas, no aportan mucha información al especialista, ya que son secuencias. Las secuencias pueden ser analizadas mediante redes neuronales, que son parte del aprendizaje profundo (Deep learning), esto podría ser implementado también en una versión futura, de esta manera, se aportaría más información al especialista, ayudando a la pre detección de problemas psicomotrices.
Abstract:
This project aims to provide a tool to help pre-detection of motor problems in children. Normally, the detection of this type of problems is done by testing the child in which he/she performs different movements or interactions with objects, while the specialist analyzes his/her actions visually. The problem with this method is that the detection of the problem is done late, at a stage where it is difficult to correct or apply an appropriate treatment to prevent the development of these motor problems.
In order to perform other types of tests, probes have been developed that implement sensors to measure different parameters such as movement speed, acceleration or duration. The objective of these probes is to collect a set of data after the interaction of children with objects. In this project we start from a set of collected data that are the result of several tests performed with children who have used these probes. The identity of the children will be anonymized in the development of this project.
The dataset has been preprocessed and analyzed using machine learning algorithms, both supervised and unsupervised, a technology that allows to obtain patterns, predictions or a more detailed analysis from the dataset provided to the algorithm. For this project it is interesting to detect groups (patterns) and the most influential variables when determining which group each child belongs to. Once an unsupervised clustering algorithm is applied to the data set, the main clusters and outliers are obtained. Some algorithms do not take outlier cases into account for the analysis; this is not favorable for the case presented in this project. Therefore, algorithms have been used that take into account the less common cases, since they are very interesting for the specialist. These cases can be possible candidates that present some kind of motor problem.
The main advantage of using sensors and performing interactions with a group of children that visually it is not possible to determine if they present some type of motor problem, is to present to the specialist the greatest differences between all the groups, both those that are concentrated in a larger group and those that may present some atypical data with respect to the others. Once the clusters have been obtained, after analyzing the data with unsupervised algorithms, the labeled (grouped) data are processed using decision trees. Decision trees are a supervised algorithm that provides as output the variables that influence the assignment of a child to one group or another. This gives the specialist a more detailed view of the differences between the different cases.
After analyzing the data set with supervised and unsupervised algorithms, it is presented to the specialist through a microservice in which he can see both the groupings obtained in graphs and the most influential variables in determining to which group a new record would be assigned. The presentation of this data fulfills the general purpose of the project, since for cases in which it is not visually possible to determine whether psychomotor problems exist, atypical cases can be determined in which variations in speed, duration, acceleration or tremor can be appreciated when performing movement. These variations are visually noticeable at a late stage.
The results obtained present a less detailed analysis than would have been obtained with a data set with more samples. This gives us a first valid version to provide information to the specialist, but not a deep analysis of all the groups that can be presented. For a future line of work, it would be very interesting to increase the size of the samples to provide a more complex analysis to the specialist. On the other hand, the analysis performed on the data obtained in one of the types of probes, the spikes, does not provide much information to the specialist, since they are sequences. The sequences can be analyzed by means of neural networks, which are part of deep learning, and this could also be implemented in a future version, thus providing more information to the specialist, helping in the pre-detection of psychomotor problems
Rural tourism preferences in Spain: Best-worst choices
No full textUnderstanding the effects of choice attributes on rural tourism has been important in order to find the way to offer services and products that can appeal to customers. The goal of this investigation in rural tourism is the exploration of tourist preferences and the examination of the individual determinants of these preferences. To achieve this goal, the survey was conducted on 452 tourists who live in either Madrid or Barcelona and best-worst discrete choice experiments were also applied. The results revealed that tourists choose the rural tourism that is expected to have the highest utility after comprehensive consideration of various attributes. Relatively important attributes for preferences were staff hospitality, outdoor activities, additional facilities, and location
Análisis de los tipos de combustible forestal y sus cambios mediante LiDAR multitemporal
No full textEl aumento del tamaño y la gravedad de los incendios en las últimas décadas requiere nuevas técnicas para evaluar con precisión la estructura, distribución y cambios de la vegetación como combustible forestal. Esta tesis presenta un análisis de cambios en la vegetación mediante el mapeo de tipos de combustible (a partir de ahora FT por su nombre en inglés “Fuel type”) basado en reglas condicionales de acuerdo con el sistema de clasificación Prometheus, que asocia el perfil vertical de la cubierta vegetal a un tipo de combustible del Sistema Prometheus con fines ecológicos. Usando LiDAR multitemporal de acceso abierto del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA), se seleccionó un área de interés de 400 ha, cuyos datos LiDAR fueron tomados en 2010 y 2016 con densidades de escaneo de 0,5 y 2 puntos·m-2, respectivamente. Los FT se determinaron a partir de la distribución de alturas LiDAR en un área, utilizando cuadrículas con un tamaño de celda de 20 y 40 m. Para validar el método de clasificación, se utilizó un muestreo aleatorio estratificado sin reemplazo de 15 celdas por FT y se hizo una evaluación visual independiente de FT. La precisión global obtenida fue del 81,26% con un coeficiente Kappa de 0,73. Además, se analizaron las relaciones entre diferentes estructuras de rodales y factores ecológicos como la orientación y los tipos de cobertura vegetal forestal. Nuestro algoritmo de clasificación reveló que los rodales que carecían de vegetación de sotobosque generalmente aparecían en laderas umbrías, que estaban cubiertas mayoritariamente por hayedos, mientras que las zonas soleadas eran preferentemente cubiertas por robledales, donde el sotobosque alcanzó mayor altura gracias a una mayor disponibilidad de luz. Nuestro análisis sobre los cambios de FT durante ese lapso de 6 años reveló transiciones potencialmente peligrosas desde bosques despejados de matorral hacia un continuo vertical de combustibles, especialmente en bosques de robles y laderas del sur, donde los incendios forestales pueden llegar a alcanzar las copas de los árboles. Utilizar métodos precisos para caracterizar el dosel forestal de combustibles y su cambio a lo largo del tiempo pueden ayudar a dirigir las actividades de gestión forestal a áreas con mayor peligro de incendio. La información sobre el combustible del dosel de varias fechas indicó que, si bien algunos tipos de bosques experimentaron un crecimiento del estrato arbustivo, otros presentaron una disminución del sotobosque. Por otro lado, la pérdida del sotobosque se detectó con más frecuencia en los hayedos; por lo tanto, esos bosques presentan un riesgo menor de propagación de incendios forestales. Nuestro enfoque se desarrolló utilizando conjuntos de datos de baja densidad y disponibles públicamente y se basó en mediciones directas de combustible del dosel a partir de datos LiDAR de retorno múltiple, que se pueden medir con precisión y cartografiar de acuerdo con las categorías de tipo de combustible estándar que son familiares para los gestores forestales.
ABSTRACT
The increase in the size and severity of fires in recent decades requires new techniques to accurately assess the structure, distribution and changes of vegetation as a forest fuel. This thesis presents an analysis of vegetation changes using conditional rule-based fuel type (FT) mapping according to the Prometheus classification system, which associates the vertical profile of vegetation cover to a Prometheus System fuel type for ecological purposes. Using open access multitemporal LiDAR from the National Aerial Orthophotography Plan (PNOA), an area of interest of 400 ha was selected, whose LiDAR data were taken in 2010 and 2016 with scan densities of 0.5 and 2 pulses·m-2, respectively. FTs were determined from the distribution of LiDAR heights in an area, using grids with a cell size of 20 and 40 m. To validate the classification method, a stratified random sampling without replacement of 15 cells per FT was used and an independent visual assessment of FT was made. The overall accuracy obtained was 81.26% with a Kappa coefficient of 0.73. In addition, the relationships between different stand structures and ecological factors such as orientation and forest vegetation cover types were analyzed. Our classification algorithm revealed that stands lacking understory vegetation generally appeared on shady slopes, which were mostly covered by beech forests, while sunny areas were preferentially covered by oak forests, where the understory reached higher elevations due to higher light availability. Our analysis of FT changes during that 6-year span revealed potentially dangerous transitions from cleared scrub forest to a vertical continuum of fuels, especially in oak woodlands and southern slopes, where wildfires can reach the canopy. Using accurate methods to characterize the forest canopy fuels and their change over time can help direct forest management activities to areas with higher fire danger. Canopy fuel information from various dates indicated that while some forest types experienced growth of the shrub layer, others showed a decrease in understory. On the other hand, understory loss was more frequently detected in beech forests; therefore, those forests present a lower risk of wildfire spread. Our approach was developed using low-density, publicly available datasets and was based on direct measurements of canopy fuel from multiple-return LiDAR data, which can be accurately measured and mapped according to standard fuel type categories familiar to forest managers
Role of the ligand of Pru p 3 in the allergic sensitization phase
No full textLa alergia es una enfermedad caracterizada por una respuesta inmunológica exacerbada frente a determinadas proteínas, denominadas alérgenos. La prevalencia de la alergia cada vez es mayor en la población. Sin embargo, se desconoce el motivo por el que una proteína, que debería ser inocua, se puede convertir en un alérgeno. En los últimos años ha cobrado una gran importancia la hipótesis de que los lípidos transportados por las proteínas alergénicas podrían tener un papel fundamental en el desarrollo de la respuesta alérgica. Sin embargo, hasta el momento muy pocos ligandos nativos transportados por alérgenos han sido identificados y estudiados los mecanismos moleculares en los que están implicados.
Por ello, el objetivo principal de esta tesis se centra en dilucidar el papel inmunológico de los ligandos nativos transportados por proteínas alergénicas, tomando como modelo las proteínas transportadoras de lípidos (LTPs), una de las familias de alérgenos alimentarios mayoritarios en países de climas mediterráneos. Con este fin, se identificaron los ligandos transportados in vivo por diferentes LTPs y se estudiaron las características que determinan su mecanismo de unión y especificidad. Además, se analizaron los cambios epigenéticos, transcriptómicos y metabólicos inducidos por la exposición recurrente al complejo formado por Pru p 3 y su ligando en modelos epiteliales, así como en un modelo murino de sensibilización alérgica.
Los resultados mostraron que los ligandos de las LTPs alergénicas estudiadas comparten una misma identidad química, en la que la presencia de una cabeza polar es esencial en la estabilización de la unión a la proteína. Además, se ha demostrado en modelos murinos que el ligando tiene un papel fundamental en la sensibilización alérgica. Estos modelos también sugieren que el mecanismo de acción del ligando implica la alteración de la ruta de los esfingolípidos.
ABSTRACT
Allergic diseases are characterized by an exacerbated immune response against some proteins called allergens. The prevalence of allergies is increasing. However, the reason why a protein becomes an allergen is not completely understood. During the last few years, the lipids transported by allergenic proteins have been postulated to have an essential role in the development of the allergic response. Nonetheless, until now very few native ligands from allergens have been identified and the molecular mechanisms in which they are implicated are not well known.
Because of that, the main objective of this thesis is to understand the immunological role of the native ligands transported by allergenic proteins, using the lipid transfer proteins (LTPs) as a model. The LTPs constitute a protein family of major allergens in countries with a Mediterranean climate. To this end, the ligands transported in vivo by different allergenic LTPs were identified. Also, the characteristics that determine the binding and specificity mechanisms were studied. Furthermore, the epigenetic, transcriptomic, and metabolic changes induced by a recurrent exposure of Pru p 3 and its ligand in epithelial and murine models were studied.
Results show that the ligands of the allergenic LTPs studied share a chemical identity, in which the presence of a polar head is essential for the stabilization of the binding to the protein. Moreover, the role of the ligand in the allergic sensitization process was proven in a murine model. This model also suggests that the action mechanism of the ligand implicates the alteration of the sphingolipid pathway
EUSO-SPB1 mission and science
No full textThe Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon 1 (EUSO-SPB1) was launched in 2017 April from Wanaka, New Zealand. The plan of this mission of opportunity on a NASA super pressure balloon test flight was to circle the southern hemisphere. The primary scientific goal was to make the first observations of ultra-high-energy cosmic-ray extensive air showers (EASs) by looking down on the atmosphere with an ultraviolet (UV) fluorescence telescope from suborbital altitude (33 km). After 12 days and 4 h aloft, the flight was terminated prematurely in the Pacific Ocean. Before the flight, the instrument was tested extensively in the West Desert of Utah, USA, with UV point sources and lasers. The test results indicated that the instrument had sensitivity to EASs of
EeV. Simulations of the telescope system, telescope on time, and realized flight trajectory predicted an observation of about 1 event assuming clear sky conditions. The effects of high clouds were estimated to reduce this value by approximately a factor of 2. A manual search and a machine-learning-based search did not find any EAS signals in these data. Here we review the EUSO-SPB1 instrument and flight and the EAS search
Mejora en la eficiencia energética de una cantera de áridos en Morata de Tajuña (Madrid)
No full textEn la actualidad, la producción de materiales áridos desempeña un papel de vital importancia en el crecimiento económico de países como España, siendo una actividad de elevado consumo de energía de electricidad y combustible.
Ante la problemática energética actual, es necesario adoptar medidas dirigidas a potenciar la eficiencia energética, por lo que el uso de la normativa existente es esencial (ISO 50.001).
En este trabajo, se presenta una evaluación detallada de los consumos energéticos en una cantera ubicada en Morata de Tajuña (Madrid), donde se identifican las áreas y procesos que manifiestan ineficiencias energéticas y concentran los mayores gastos energéticos.
Con el propósito de abordar este problema, se proponen estrategias específicas, incluyendo la instalación de una planta fotovoltaica en las inmediaciones de la cantera y la planificación de mejoras en la maquinaria móvil, con el objetivo de mejorar la eficiencia y reducir los costos asociados a dicho proceso.
Abstract
Currently the production of aggregate materials plays a vital role in the economic growth of countries like Spain, being an activity with a high consumption of electricity and fuel energy.
Given the current energy problem, it is necessary to adopt measures aimed at promoting energy efficiency, for which reason the use of existing regulations is essential. In this study, a comprehensive assessment of energy consumption in a quarry located in Morata de Tajuña (Madrid) is presented.
It identifies areas and processes exhibiting energy inefficiencies and accounting for significant energy expenditures. To address this issue, specific strategies are proposed, including the installation of a photovoltaic plant I the vicinity of quarry. Additionally, improvements are planned for the quarry’s mobile machinery.
The overall objective is to enhance efficiency and reduce the associated costs of this process
Análisis del recurso eólico en la península ibérica a partir de proyecciones climáticas de viento
No full textEn este trabajo de fin de grado se ha analizado el recurso eólico peninsular utilizando proyec-ciones climáticas de viento desde el s. XX hasta finales del s. XXI del escenario SSP5-8.5 obtenidas del modelo numérico climático MRI-ESM2.0.
Se han utilizado bases de datos, agrupadas estacionalmente, de velocidad y dirección de viento y, a partir de ellas, se ha estimado tanto la producción de energía eléctrica como la intensidad de energía eólica a lo largo del registro temporal.
Para una estimación de la evolución de la potencia eléctrica a lo largo del s. XXI se ha utilizado como referencia el aerogenerador de última generación SG 7.0-170 de Siemens-Gamesa.
En invierno, época de máxima producción eólica, se estima mayor producción eléctrica respecto al periodo histórico seleccionado en la casi totalidad de la península ibérica, aunque la tendencia es descendente a lo largo del siglo.
En general, se aprecia una bajada de potencia eléctrica debido a la disminución del recurso eólico en toda la península ibérica a lo largo del siglo.
Abstract
In this final degree project, the peninsular wind resource has been analyzed using wind climate projections from the XX century to the end of the XXI century of the SSP5-8.5 scenario obtained from the MRI-ESM2.0 climate numerical model.
Seasonally grouped databases of wind speed and direction have been used and, from them, both the production of electrical energy and the intensity of wind energy have been estimated throughout the temporal record.
For an estimation of the evolution of the electrical power throughout the XXI century, the latest generation wind turbine SG 7.0-170 from Siemens-Gamesa has been used as a reference.
In winter, the time of maximum wind energy production, higher electricity production is estimated compared to the selected historical period in almost the entire Iberian Peninsula, although the trend is downward throughout the century.
In general, there is a drop in electrical power due to a decrease of wind resource in the whole Peninsula throughout the century
Plan y ejecución de proyecto de remediación para emplazamiento en Villaverde (Madrid) mediante técnica push & pull
No full textEn este documento, se evalúan las diferentes técnicas disponibles de remediación en un emplazamiento en Madrid, impactado principalmente por hidrocarburos y en menor proporción, por PCBs.
Uno de los métodos de saneamiento para suelos contaminados con hidrocarburos que existe es el lavado de suelos (en inglés soil washing/flushing), que consiste en aplicar un flujo de surfactantes con agua (solución), a través de pozos de inyección o piezómetros.
La solución se infiltra en el interior del piezómetro al acuífero, a través del agua subterránea y el suelo, y lava los contaminantes a su paso, permitiendo así bombear dicha solución con los contaminantes diluidos y mezclados.
La tecnología de remediación de surfactantes reduce la tensión superficial del agua subterránea para permitirle entrar y salir de caminos más estrechos, donde residen los contaminantes, ayudando a la remediación de suelos de textura más fina.
Tras la implementación de los trabajos de saneamiento se realizan trabajos de monitorización para evaluar la efectividad de los tratamientos y controlar la evolución del emplazamiento, mediante mediciones de niveles freáticos y espesores de fase libre.
ABSTRACT
In this paper, the different remediation techniques available for a site in Madrid, impacted mainly by hydrocarbons and, to a lesser extent, by PCBs, are evaluated.
One of the existing remediation methods for hydrocarbon contaminated soils is soil washing/flushing, which consists of applying a flow of surfactants with water (solution), through injection wells or monitoring wells.
The solution infiltrates into the monitoring well into the aquifer through the groundwater and soil, and washes away the contaminants as it passes through, allowing the solution to be pumped with the diluted and mixed contaminants.
The surfactant remediation technology reduces the surface tension of the groundwater to allow it to move in and out of finer pathways where contaminants reside, aiding the remediation of finer textured soils.
Following implementation of the remediation work, monitoring work is carried out to assess the effectiveness of the treatments and to control the evolution of the site, through measurements of groundwater levels and free phase thicknesses
Estudio y desarrollo de una instalación de autoconsumo fotovoltaico
No full textEl presente proyecto de fin de grado consiste en el diseño de una instalación de autoconsumo fotovoltaico sin excedentes, que irá destinada al abastecimiento energético del edificio sobre el que se pretende instalar. Está impulsada por la creciente demanda energética y la gran expansión que están sufriendo las energías renovables gracias a la popularidad adquirida de cara a la atenuación de los efectos del cambio climático que venimos afrontando desde hace décadas.
De esta manera, se contribuye tanto al ahorro económico del propietario gracias a la reducción del importe en la factura de la luz, como a la disminución de las emisiones de gases contaminantes al incorporar un tipo de energía renovable y limpia.
Para el proyecto se tiene en cuenta toda la normativa nacional y municipal aplicable a las instalaciones de autoconsumo, con el fin de dimensionar correctamente la instalación.
Se trata de buscar la adaptación óptima a las características del emplazamiento y se estudia la viabilidad técnico-económica del proyecto, para lo que se ahonda en los aspectos técnicos de los componentes y características de la instalación, y se explican los ahorros que supondrá su puesta en marcha para el dueño del tejado, su amortización y su rentabilidad económica.
ABSTRACT
The presentproject consists of the design of a photovoltaic self-consumption installation without surpluses, which will be used for the energy supply of the building on which it is intended to be installed.It is drivenby the growing demand for energy and the significantexpansion that renewable energies are undergoing.
In this way, it contributes both to theeconomic savings of the owner throughthe reduction of the electricity bill, as well as to the reduction of polluting gas emissions by incorporating a type of renewable and clean energy.
In order to correctly size the installation,all national and municipal regulations applicable to self-consumption facilities are taken into considerationfor the project.
The aim is to achieve the optimal adaptation to the characteristics of the site, and the technical-economic feasibility of the project is analysed. To that end,the technical aspects of the components andthecharacteristics of the installation are studied, and the savings that its implementation will entail, its amortization and its economic profitabilityare explained
Models for sustainable management of agroecological systems in Central America in a changing climate era
No full textLos sistemas agrícolas minifundistas tienen un papel importante en la producción mundial de alimento (proporcionando en torno al 70% del alimento global, e involucrando sobre 500 millones de familias). Los pequeños agricultores de las zonas montañosas del corredor seco Mesoamericano son fundamentales para poder mejorar los sistemas agrícolas. La clave está en que los pequeños agricultores de subsistencia son a la vez productores y consumidores, con una producción de alimento insuficiente debido a las condiciones climáticas y medioambientales extremas o a ingresos escasos como para suplementar su producción con productos del mercado. La modelización ofrece una manera de ensayar y mejorar nuestro conocimiento sobre los complejos sistemas agrícolas. Para abordar los problemas de los pequeños agricultores, en primer lugar desarrollamos, describimos y evaluamos un modelo biofísico y socioeconómico de los sistemas agrícolas minifundistas basado en el cultivo intercalado de maíz y frijol en las zonas montañosas de Centro América.
Una vez el modelo para la seguridad alimentaria sostenible y la reducción de la pobreza en Smallholder Agricultural Systems in Highland Areas of Central America (SASHACA) hubo sido desarrollado y evaluado, se aplicó en Guatemala para evaluar el impacto de las dotaciones de los pequeños agricultores en su bienestar. Finalmente, el modelo SASHACA se utilizó en Guatemala y Nicaragua para establecer una definición de agricultura familiar adaptada al contexto regional y centrada en pequeños agricultores de subsistencia o semi-subsistencia.
El modelo SASHACA integra conocimiento científico y practico del manejo de cultivos, mano de obra, contenido de agua en el suelo, nitrógeno, consumo de alimento y componentes económicos del sistema. La evaluación del modelo se realizó por medio de un amplio conjunto de ensayos para la valoración de modelos dinámicos y mediante la comparación estadística de datos simulados frente a observados en las encuestas. El modelo simula de manera realista las variables de salida y muestra una representación conductual lógica. La máxima incertidumbre relativa de las variables de salida varía de un 30% a un 53% para los análisis univariables y multivariables (MVSS) respectivamente. El modelo se presenta como adecuado para la simulación de una amplia gama de sistemas agrícolas minifundistas en las áreas montañosas de América Central, y potencialmente en otras localizaciones.
Para la primera aplicación en Guatemala, nuestro esfuerzo se centró en aumentar el conocimiento y comprensión sobre las oportunidades y desafíos a los que se enfrentan los pequeños agricultores, y los inextricables vínculos entre humanos y sus ambientes biofísicos, sociales y económicos. Examinamos los efectos del cambio de dotaciones de los pequeños agricultores en la trayectoria a largo plazo de los factores asociados con la pobreza y la seguridad alimentaria. Se realizaron simulaciones univariables y MVSS para evaluar la variabilidad en las dotaciones de los pequeños agricultores. Los resultados respaldan la hipótesis de la existencia de umbrales en la disponibilidad de tierras, fuerza de trabajo familiar, disponibilidad de empleo en otras explotaciones, y la adquisición de insumos, los cuales determinan la trayectoria de bienestar de los pequeños agricultores. Los hogares en la región confían parcialmente en los ingresos obtenidos del empleo en otras explotaciones como parte de su estrategia de subsistencia. Los descubrimientos de este estudio confirman que los hogares necesitan una superficie de 0.6 ha de cultivo asociado de maíz y frijol complementado con ingresos del trabajo en otras explotaciones (2.2 meses al año) para conseguir los requerimientos de alimento anuales. Por otro lado, existe también una fuerte interacción entre un manejo agrícola eficiente y la capacidad de trabajo, la cual a su vez depende de la tecnología implementada. Por encima de 0.75 ha de cultivo de maíz y frijol asociados, la escasez en disponibilidad de fuerza de trabajo conlleva caídas de rendimiento de 13% en maíz y 21% en frijol.
Además, el modelo SASHACA se usó para evaluar cómo factores tales como el tamaño familiar y su composición, la productividad, la capacidad de trabajo, o la superficie y la distribución de los cultivos afectan los resultados de bienestar a largo plazo en las zonas montañosas de Guatemala y Nicaragua. Los niveles de seguridad alimentaria de los hogares empeoran a medida que el tamaño familiar crece. Sin embargo, la evolución de los ratios de dependencia a lo largo del tiempo puede modificar la situación de bienestar familiar. La disponibilidad de trabajo y terreno interactúa afectando al bienestar del hogar. El tamaño deseable de la finca para un pequeño agricultor de subsistencia en las zonas montañosas de Guatemala se establece en el rango de 1.25-3.05 ha y entre 2.05-3.25 ha para el contexto Nicaragüense, dependiendo de la fuerza de trabajo disponible.
ABSTRACT
Smallholder agricultural systems have an important role in world food production (providing about the 70% of food globally, and involving over 500 million families). Agricultural smallholders in highland areas of the Mesoamerican dry-corridor are central to improve farming systems. The key issue is that the subsistence smallholders are joint producer-consumers, with insufficient food production due to extreme environmental and weather conditions or scarce incomes to supplement their own production from market sources. Modelling offers an approach for testing and improving knowledge about complex agricultural systems. To tackle smallholder famers problems we firstly developed, described and assessed a biophysical and socio-economic model of the smallholder agricultural systems based on maize-bean intercropping in highland areas of Central America. Once the model was developed and evaluated, the sustainable food security and poverty alleviation in Smallholder Agricultural Systems in Highland Areas of Central America (SASHACA) model was used in Guatemala to assess the impact of smallholder endowments on their welfare. Eventually, SASHACA model was used in Guatemala and Nicaragua to establish a family farming definition adapted to regional context with a focus on subsistence or near-subsistence smallholders.
The SASHACA model integrates scientific and practical knowledge of crop management, labour, soil water content, soil nitrogen, food consumption and economic components of the system. Model evaluation was conducted through a wide set of tests for assessment of dynamic models and statistical comparison of simulated versus observed data derived from surveys. The model simulates realistic outputs and presents logical behavioural representation. The maximum relative uncertainty of output variables ranged from 30% to 53% for univariate and multivariate sensitivity analyses (MVSS) respectively. The model proved to be adequate for assessing food security under scenarios in low data availability areas. The SASHACA model proves to be adapted to simulate a wide range of smallholder agricultural systems in highland areas of Central America, and potentially in other locations.
For the first model application in Guatemala, our effort aimed to increase awareness and understanding about the opportunities and challenges faced by smallholder farmers, and the inextricable links between humans and their biophysical, social, and economic environments. We examined the effects of changing smallholder endowments on the long-term trajectory of factors associated with poverty and food security. Univariate and MVSS were carried out to evaluate the variability in smallholder endowments. The results support the hypothesis of thresholds in land availability, family labour force, off-farm labour availability, and purchased inputs determining the welfare trajectory of the smallholders. Households in the region rely partly on off-farm labour as a subsistence strategy. The findings of the study confirm that households need an area of 0.6 ha of maize and bean intercrop complemented with income from off-farm labour (2.2 months a year) to provide annual food requirements. There is also a strong interaction between land management efficiency and labour capacity which depends in turns on the technology implemented. Above 0.75 ha of maize and bean intercrop, a shortage in labour availability causes yield reductions of 13% in maize and 21% in bean.
Additionally, SASHACA model was used to assess how factors such as family size and composition, field productivity, labour capacity, or area and crop allocation affect household long term welfare results in highland areas of Guatemala and Nicaragua. The food security levels of the household worsen as the household size grows. However, evolution of dependency ratios over time might modify the welfare situation of the family. Labour and land availability interact affecting household welfare. The resulting desirable farm size for subsistence smallholder farms in the highlands of Guatemala is established in the range of 1.25-3.05 ha and 2.05-3.25 ha for the Nicaraguan context depending on the household workforce