Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 4-1

Infraestructura tecnológicaUn centro de pronóstico con un programa de pronóstico de crecidas repentinas debe poder procesar y analizar datos in situ (pluviómetro y estación de aforo) y de percepción remota (radar y satélite) para detectar la ocurrencia de una crecida repentina y pronosticar su impacto. Un centro de pronóstico requiere una variedad de hardware, software (incluyendo programas y aplicaciones de cómputo) y capacidades en comunicación para apoyar y mantener su capacidad de predicción y detección de crecidas repentinas. En un centro también se requieren programas de mantenimiento y capacidad de respaldo.

¿Qué contiene este capítulo?Este capítulo debe ser leído por personas que necesitan un conocimiento básico sobre los tipos de hardware y software (tanto sistemas operativos como programas de aplicaciones), programas de mantenimiento y planes de respaldo necesarios para que funcione un plan de alerta.

El capítulo contiene secciones que discuten los siguientes tópicos:

4 Sistemas operativos y hardware (estaciones de trabajo) disponibles para usar en un centro de pronóstico

4 Programas de aplicaciones requeridos para recolectar, analizar, integrar, mostrar datos y diseminar productos en el centro

4 Programas de redundancia y su importancia

4 Requisitos en programas de mantenimiento para un centro de pronóstico

Requisitos de hardware y sistema operativo para el pronóstico y alertas de crecidas repentinas

Un centro de pronóstico necesita computadoras y sistemas operativos de cómputo para recolectar, procesar, vigilar y presentar de manera efectiva datos de observación terrestre y para producir y diseminar productos. Actualmente existen dos opciones principales para hardware y sistemas operativos: las PC con Windows o Mac OS X y aquellas basadas en UNIX. Cada una tiene sus fortalezas y debilidades, de manera que la escogencia a veces se basa en preferencias personales o en el sistema con el cual la organización haya tenido más experiencia. Cada una exige bastante mantenimiento, redundancia y atención a seguridad para garantizar la

Capítulo 4

RecuerdeUn SMHN debe asegurar la

presencia de “firewalls” y otras

medidas de seguridad para proteger

la integridad de sus redes.

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

4-2 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

disponibilidad de datos y capacidad de procesamiento en todo momento. Bajo condiciones óptimas, todos los centros de pronóstico en un SMHN deberían utilizar el mismo hardware, sistemas operativos y aplicaciones. Así se podrían estandarizar el desarrollo, mantenimiento, resolución de problemas y operación, ahorrando dinero. La realidad es que el sistema operativo y hardware escogido por un centro a menudo es dictado por normas institucionales, destrezas y capacidades del personal y/o por restricciones o ciclos presupuestarios.

El número de estaciones de trabajo requeridas por centros de operaciones depende del hardware y sistema operativo, el número de aplicaciones, el grado de comunicaciones y el enfoque tomado para asegurar la redundancia de funciones críticas.

Puntos importantes a recordar sobre sistemas operativos y hardware

4Existen pros y contras al considerar usar ya sea PCs con un sistema operativo Windows o Mac o un sistema basado en UNIX/Linux en un entorno de centro de pronóstico.

4Todos los sistemas requieren redundancia y medidas de seguridad para asegurar operaciones no interrumpidas.

4Al usar el mismo hardware, sistemas operativos y aplicaciones en todos los centros de pronóstico se reduce el costo de desarrollo, mantenimiento, resolución de problemas y operación.

Aplicaciones de cómputo para apoyo en el pronóstico de crecidas repentinas

Los programas de aplicaciones de cómputo son críticos para que el pronosticador pueda seguir enterado exitosamente sobre la situación. Las aplicaciones también dan información procesada sobre observaciones terrestres crudas para incorporarlas en decisiones sobre cuáles productos debe emitir el centro de pronóstico. Los requisitos para una rápida caracterización y determinación de amenazas incluye velocidad de procesamiento, suficiente densidad en la red de observación e intervalos de interrogación lo suficientemente cortos para cada sensor en la red.

AplicacionesLas aplicaciones son grupos de códigos de cómputo que brindan al centro de pronóstico las herramientas necesarias para mantenerse enterados de alguna situación, colaborar con otros centros, tomar decisiones, preparar productos y diseminar estos productos de manera oportuna. En otras palabras, las aplicaciones ayudan al pronosticador a realizar el trabajo requerido, y casi todas estas aplicaciones son críticas para hacer el trabajo. La experiencia en

RecuerdeEl sistema operativo del centro

generalmente dicta qué forma tendrá

la aplicación, por ejemplo, Tool

Command Language/Tool Kit (Tcl/Tk)

para sistemas basados en UNIX y C++

para sistemas basados en Windows.

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 4-3

centros de pronóstico establecidos sugiere que las funciones de las aplicaciones de apoyo para el pronóstico de crecidas repentinas pueden ser divididas en varias categorías:

4 Recolectar datos de observaciones terrestres en tiempo real, especialmente datos de precipitación y caudal

4 Procesar y almacenar datos en tiempo real

4 Observar los datos en busca de excedencia en los criterios de umbral

4 Calcular parámetros que deben ser derivados de datos observados

4 Mostrar datos e información derivada para que el pronosticador se mantenga enterado de la situación

4 Crear y diseminar productos de texto y gráficos para clientes y otros centros de pronóstico

Cada centro puede utilizar aplicaciones desarrolladas en otro sitio o puede desarrollar las propias internamente si existe la capacidad y se desea la personalización. A continuación se presentan algunas funciones que requieren aplicaciones de cómputo para apoyar un programa de alerta de crecidas repentinas. La lista de ninguna manera es taxativa.

4 Recopilar, descodificar y almacenar digitalmente observaciones de datos terrestres

4Manejar bases de datos relacionales de observaciones y metadatos

4Verificar los datos entrantes de observaciones en cuanto a calidad y marcar o rechazar lecturas sospechosas

4Visualizar datos

– Tabulaciones numéricas de reportes de manómetros

– Despliegue gráfico de reportes de manómetros

– Visualización en mapas de reportes de manómetros

4 Comparar los estimados de precipitación con la Guía de Crecidas Repentinas (FFG, Flash Flood Guidance) (ver Capítulo 5) y alertar al pronosticador cuando se sobrepase la guía según se ilustra en el ejemplo en la Figura 4.1

4 Comparar los estimados de precipitación con el Índice Potencial de Crecidas Repentinas (FFPI, Flash Flood Potential Index) u otros programas que modifiquen la FFG (ver Capítulo 5) y alertar al pronosticador

4Computar la tasa de cambio en manómetros, extrapolando valores futuros, y alertar al pronosticador cuando se sobrepasen los niveles de la FFG

Figura 4.1 Ejemplo de un producto AWIPS FFMPNOAA/NWS

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

4-4 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

4Calcular la lluvia aguas abajo y comparar con el nivel de inundación, etc.

4 Trazar en mapas y visualizar datos de reflectividad de radar en tiempo real y alertar al pronosticador cuando se sobrepasen los umbrales de reflectividad

4Visualizar datos de precipitación total incremental por tormenta observados por radar y alertar al pronosticador sobre potenciales áreas problemáticas

4Comparar datos de reflectividad de radar a través de relaciones ZR, por ejemplo, la relación entre la reflectividad de radar y la tasa de lluvia en forma de una ley de potencias y relacionada a FFG y/o FFPI

4Generar resúmenes de texto y gráficos de datos observados, pronósticos de rutina y productos de alerta

4Diseminar productos a los canales de comunicación apropiados.

Puntos importantes a recordar sobre aplicaciones de cómputo y requisitos de procesamiento

4Un centro de pronóstico responsable de pronosticar crecidas repentinas requiere aplicaciones de software de cómputo para mantenerse enterado de la situación, tomar decisiones y producir y diseminar productos de crecidas repentinas.

4Un centro de pronóstico puede pedir prestadas aplicaciones desarrolladas por otros centros o desarrollar su propio software específico.

Redundancia y capacidades de respaldo Según se discutió brevemente en la sección sobre comunicaciones de respaldo en el Capítulo 3, varios tipos de sistemas de respaldo deben ser usados en los centros de pronóstico. Cada centro requiere trayectorias alternas de comunicación para la recopilación de datos y también para la diseminación de productos en caso que falle uno de los enlaces primarios de comunicación del centro. De manera similar, los centros no deben depender solamente de una red o de manómetros únicos, sino que deben usar redes redundantes. Entonces, si no estuviera disponible su red primaria de datos terrestres, ya sea por una falla de equipo o por problemas de comunicaciones, el centro aún puede funcionar utilizando redes alternas.

El respaldo de funcionalidades del centro por otro centro significa que se han establecido procedimientos para que un centro de pronóstico provincial o local (e idealmente un SMHN) asuma las funciones de uno de sus centros de pronóstico vecinos si este último ha perdido todo enlace de comunicaciones. Típicamente, un centro debería tener conexiones con al menos dos centros más y cada centro de pronóstico debería tener acuerdos con al menos un centro más para brindar comunicaciones de respaldo.

RecuerdeEvite tener que invocar un respaldo

completo creando redundancia en:

4 comunicaciones,

4 hardware, y

4 sistemas de software

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 4-5

La capacidad de respaldo completo por otro centro teóricamente brinda redundancia completa de las funciones del centro original. Existe, sin embargo, un precio alto por dicha capacidad. El centro de respaldo deberá estar entrenado en cuanto a los procedimientos y responsabilidades de la otra oficina y generalmente se requieren canales de comunicación adicionales si el centro de respaldo va a recolectar todos los datos pertinentes y llegar a todos los clientes del centro original. Y, por supuesto, el personal en el sitio de respaldo debe probar los procedimientos de respaldo con frecuencia.

Debido al alto costo tanto en fondos como en recursos y la alta probabilidad de topar con problemas por la poca frecuencia de uso, un respaldo completo sólo debe ser usado como último recurso. Un centro debe esforzarse por establecer redundancias in situ para comunicaciones, hardware y software de manera que pueda continuar funcionando en caso de una interrupción menor del sistema. La redundancia del hardware es un requisito importante para un centro. Esta redundancia de hardware va de la mano con la necesidad de que, cuando sea factible, un centro obtenga datos redundantes de precipitación y caudal provenientes de diferentes redes a través de varios canales diferentes de comunicación. La redundancia ayuda a asegurar que los datos para los programas de aplicaciones estén disponibles cuando más se les necesite: durante un evento. Como beneficio adicional, el sistema de respaldo puede ser configurado también como herramienta de capacitación.

Energía de respaldoCuando y donde sea posible, un centro de pronóstico debería brindar electricidad de respaldo para plataformas críticas de observación, hardware de comunicaciones y computadoras de procesamiento. Para manómetros remotos, la energía de respaldo a menudo puede provenir de baterías de carga solar. Para instalaciones más grandes como sitios de radar y computadoras en centros de pronóstico, será necesario un gran generador de

Figura 4.2 Ejemplo de trayectorias redundantes de comunicación de datos

Figura 4.3 Ejemplo de respaldo completo de funcionalidad por otro SMHN

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

4-6 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

respaldo operado por diesel. Esta puede ser una gran inversión, pero invaluable cuando se pierde la energía primaria por tormentas u otras causas. Un centro debería tener a mano suficiente combustible para el generador para al menos tres días de operación. El sistema, incluyendo un suministro de energía no interrumpible , debe ser probado regularmente para asegurar una transición ágil en caso de pérdida de la energía primaria.

Puntos importantes a recordar sobre redundancia y operaciones de respaldo

4La capacidad de respaldo completo por otro centro teóricamente brinda redundancia total de las funciones del centro original, pero el costo es alto.

4Debido al alto costo y la alta probabilidad de topar con problemas debido a la poca frecuencia de uso, el respaldo completo debe usarse sólo como último recurso y cada centro debe esforzarse por establecer redundancias in situ en comunicaciones, hardware y software.

Requisitos de mantenimiento Un programa de mantenimiento bien coordinado y respaldado es crítico para el éxito de un centro de pronóstico. La amplitud y profundidad de los requisitos del programa de mantenimiento dependerá de los tipos de equipo que utilice ese centro y el grado al cual el centro realice internamente el mantenimiento del equipo. Por ejemplo, si un centro necesita sus propios manómetros de precipitación y caudal, entonces la capacitación y las destrezas de los técnicos en electrónica del centro serán diferentes a los de un centro que depende exclusivamente de redes de medición internacionales o de uno cuyas redes sean mantenidas por otra agencia gubernamental o por un contratista. Hay condiciones similares para hardware y software de cómputo y de comunicaciones.

Existen argumentos fuertes a favor de usar un programa de mantenimiento interno en vez de depender de otros para el mantenimiento de equipo crítico. Estos incluyen:

4 Mayor control sobre la disponibilidad de técnicos, especialmente después de horas laborales normales

4Mayor control sobre la capacitación de los técnicos

4Creación de un escalafón profesional para los técnicos

4La constante exposición a las operaciones de centros de alerta ayuda a comprender mejor la importancia de responder con rapidez, especialmente durante grandes eventos de inundación

También existen buenos argumentos, especialmente con respecto a presupuestos y redundancia de esfuerzos, a favor de depender de técnicos o contratistas privados de otras agencias gubernamentales para el mantenimiento del equipo crítico del centro. Estos incluyen:

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 4-7

4 Costo de programas de capacitación de la agencia, incluyendo cursos básicos y de refrescamiento

4Gastos fijos por personal de tiempo completo

4Evitar la subutilización de técnicos en centros con menores cargas de trabajo

Si un centro opera con un programa de mantenimiento interno, subcontrata todo el mantenimiento o tiene un programa que es una mezcla de ambos, debe controlar todas las actividades de mantenimiento para gestionar el programa de manera efectiva. Un centro debe establecer un Sistema de Reporte de Ingeniería y Mantenimiento (SRIM) similar a aquellos usados por muchos centros de pronóstico. Los datos recolectados por el SRIM son vitales para responder de la mejor manera a la misión del centro. El SRIM debería ser la herramienta primaria de mantenimiento a nivel de campo para gestionar el flujo de trabajo relacionado con la recolección, análisis y mantenimiento de datos. Los datos del SRIM permiten al centro::

4 Determinar la confiabilidad y capacidad de mantenimiento (R&M, reliability and maintainability) del sistema

4Anticipar requisitos de mantenimiento de sistemas e instalaciones

4Medir la eficacia de modificaciones y mejoras a sistemas e instalaciones

4Brindar datos de configuración para sistemas e instalaciones en particular

4Brindar evidencia de la condición operativa de un sistema para uso en asuntos legales

4Controlar recursos de ingeniería gastados en sistemas e instalaciones en particular

4Producir datos sobre el desempeño del programa

4Gestionar el flujo de trabajo de mantenimiento en el centro

4Evaluar los requisitos de mantenimiento de sistemas e instalaciones y ayudar en la planificación de niveles futuros de personal

Un centro debe determinar qué constituye un evento de mantenimiento reportable. Estos son eventos que deben ser vigilados para mantener los programas del centro. En general, existen cinco tipos de eventos de mantenimiento reportables:

4 Mantenimiento correctivo – Las acciones remediales requeridas para corregir fallas y restablecer la operación de sistemas/equipo o instalaciones de acuerdo con capacidades y tolerancias indicadas. Esto incluye reparaciones no planificadas y no regulares, así como mantenimiento a hardware y software de sistemas realizado como resultado de evidencia que indique que ha ocurrido o es inminente una falla.

4Manejo del equipo – Realizar la activación, desactivación, reubicación o actividades similares de sistemas, equipo o instalaciones.

4Modificación – Los cambios autorizados de configuración de hardware y/o software necesarios para mejorar o ampliar las operaciones o la vida del sistema, equipo o instalación o para satisfacer nuevos requisitos.

4Actividad especial – La recopilación de datos autorizada limitada o de corto plazo (muestreo especial), instalación de sistemas o equipos, reubicación de equipos, pruebas

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

4-8 Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas

del sistema por modificaciones al sistema y otras actividades similares para un propósito específico.

4Mantenimiento rreventivo/de rutina – Acciones de mantenimiento realizadas a sistemas, equipo o instalaciones para asegurar su operación continua dentro de las capacidades indicadas y/o para minimizar la probabilidad de fallas. El mantenimiento de rutina incluye acciones de mantenimiento preventivo programado, planificado o periódico.

Un programa SRIM es esencial para mantener equipo crítico, determinar los niveles de personal y formular presupuestos.

Mantenimiento de softwareLa mayoría del mantenimiento de software caerá bajo unas pocas categorías generales:

4 Cargar software comercial, incluyendo sistemas operativos y aplicaciones

4Mantener actualizado el software comercial (sistemas operativos y aplicaciones). Esto incluye cargar parches provisionales.

4Ayudar a programadores locales a desarrollar, depurar y mantener programas de cómputo generados por el personal y distribuir estos programas a otros centros

4Adaptar aplicaciones de software provenientes de otros centros de pronóstico para ajustarlos a las necesidades del centro y posiblemente mejorar la aplicación para distribuirla a otros centros

Mantenimiento de hardwareEl mantenimiento del hardware puede involucrar trabajar en cualquiera de los siguientes sistemas, dependiendo de las metas y la filosofía del programa de mantenimiento del centro (por ejemplo, si el mantenimiento es interno o contratado). Aunque esta lista no es taxativa, ilustra la amplia gama de destrezas requeridas por el personal de electrónica del centro:

4 Estaciones de aforo

4Redes de manómetros y manómetros de precipitación automatizados

4PCs (operativas y administrativas)

4Estaciones de trabajo

4Servidores

4Enrutadores

4Cableado

4Paredes de fuego (firewalls)

4Sistemas telefónicos, incluyendo contestadoras

4Enlaces satelitales ascendentes y descendentes

4Enlaces de UHF y VHF

4Transmisores de radio de onda corta

Capítulo 4: Infraestructura tecnológica

Guía de referencia para sistemas de alerta temprana de crecidas repentinas 4-9

Capacitación de técnicos Los técnicos en electrónica deben ser competentes en al menos tres áreas muy diversas:

4 Dispositivos mecánicos (por ej., pluviómetros basculantes)

4Dispositivos electrónicos, incluyendo microelectrónica

4Software

Existe capacitación internacional sobre muchos tipos de instalaciones de manómetros y mantenimiento. Es fácil obtener capacitación sobre aplicaciones de software, incluyendo sistemas operativos y programación y debe ser utilizada en lo posible.

La capacitación sobre otros dispositivos electrónicos como enrutadores, enlaces satelitales descendentes y transmisores de radio es más difícil de obtener pero debe ser incluida en el presupuesto, ya que estos tipos de sistemas son cruciales para la operación de los centros.

Puntos Importantes a Recordar sobre Programas de Mantenimiento para SAT de Crecidas Repentinas

4La necesidad de contar con un programa de mantenimiento bien coordinado y respaldado es crítica para el éxito del programa de alerta de crecidas repentinas de un centro de pronóstico.

4Ya sea que un centro opere con un programa de mantenimiento interno, o subcontrate todo el mantenimiento o tenga un programa que sea una mezcla de ambos, debe vigilar todas las actividades de seguimiento para gestionar el programa de manera efectiva.

4Un centro debería determinar qué constituyen eventos de mantenimiento reportables. Estos son los eventos que deben ser controlados para mantener los programas del centro.

4Existe capacitación internacional para muchos tipos de instalación y mantenimiento de manómetros de datos terrestres.

4La capacitación sobre otros dispositivos electrónicos como enrutadores, enlaces satelitales descendentes y transmisores de radio es más difícil de obtener pero debe ser presupuestada, ya que estos tipos de sistemas son cruciales para la operación de un centro.