SEMIVARIOGRAMAS PINO
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Universidad de Pinar del Ro
Facultad de Informtica y TelecomunicacionesDpto. de Informtica Trabajo de diploma. Ttulo: Desarrollo de una aplicacin para el clculo de semivariogramas
(Tesis en opcin al ttulo de Ingeniero en Informtica)
Autor: Yoel Quintana Carrera
Pinar del Ro. 2009
Universidad de Pinar del Ro
Facultad Informtica y TelecomunicacionesDpto. de Informtica Trabajo de diploma. Ttulo: Desarrollo de una aplicacin para el clculo de semivariogramas
(Tesis en opcin al ttulo de Ingeniero en Informtica)
Autor: Yoel Quintana Carrera Tutor: Dr. C. Lic. Jos Quintn Cuador Gil
Pinar del Ro, 2009
ii PENSAMIENTO
Estimar o Elegir.
George Matheron
iii PAGINA DE ACEPTACIN
_________________________________________ Presidente del Tribunal _________________________________________ Secretario _________________________________________ Vocal
Ciudad y fecha:
iv DECLARCIN DE AUTORIDAD Declaro que soy autor(a) de este Trabajo de Diploma y que autorizo a la Universidad de Pinar del Ro, a hacer uso del mismo, con la finalidad que estime conveniente.
Firma: __________________________________ Yoel Quintana Carrera [email protected]
Yoel Quintana Carrera autoriza la divulgacin del presente trabajo de diploma bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribucin por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificacin de ellas. La licencia completa puede consultarse en:
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Yoel Quintana Carrera autoriza al Departamento de Informtica adscrito a la Universidad de Pinar del Ro a distribuir el presente trabajo de diploma en formato digital bajo la licencia Creative Commons descrita anteriormente y a conservarlo por tiempo indefinido, segn los requerimientos de la institucin, en el repositorio de materiales didcticos disponible en:
"[Inserte URL del repositorio]"
Yoel Quintana Carrera autoriza al Departamento de Informtica de adscrito a la Universidad de pinar del Ro a distribuir el presente trabajo de diploma en formato digital bajo la licencia Creative Commons descrita anteriormente y a conservarlo por tiempo indefinido, segn los requerimientos de la institucin, en el repositorio de tesinas disponible en:
http://revistas.mes.edu.cu
v DEDICATORIA
A mis padres, con todo el cario del mundo, por la educacin que me han dado. Yoel.
vi AGRADECIMIENTOS
A mis padres Marlen C. y Jos F. Q. por los sabios consejos que he recibido de ustedes, por no haber dejado de luchar diariamente para encaminarme en la vida, por no descansar para verme cada da convertirme en una mejor persona y por el amor que me han brindado los quiero mucho. A mis hermanos Yaima y Yaidel por acompaarme en la vida y darme su apoyo. Un abrazo de un hermano que los quiere. A mis tos Francisco M. y Minerva Q. por todos los momentos alegres que he pasado junto a ustedes. A toda mi familia A mi tutor Quintn, por su apoyo incondicional, por su profesionalidad y por sobre todas la cosas considerarme como un amigo, muchsimas gracias, nunca lo olvidar. A Adiel C. por brindarme su ayuda A todos mis compaeros de grupo, especialmente a Roberto Padrn y Joao Castro, fueron los mejores cinco aos los que pase junto a ustedes. Al colectivo de profesores que siempre estuvo pendiente de que recibiramos la mejor preparacin. A Malena, quien siempre estuvo dispuesta a ayudarme. A todos los que de una manera u otra han hecho posible la realizacin de este trabajo, muchas gracias.Yoel.
vii RESUMEN La aplicacin de las herramientas informticas a la estimacin y reconocimiento de fenmenos naturales ha cobrado auge en nuestros das. Gracias a la evolucin de la informtica, ha sido posible el desarrollo de las ciencias naturales y en particular las ramas relacionadas con las geociencias, trayendo consigo un aumento de procedimientos,
funcionalidades, anlisis en tiempo real, que necesitan un rpido procesamiento entre otras muchas caractersticas de rendimiento. Muestra de ello son una amplia gama de sistemas comerciales y de dominio publico que se utilizan para el anlisis de datos distribuidos espacialmente, es decir, los programas que permiten la aplicacin de los mtodos geoestadsticos.
Todos los programas en este campo presentan profundos y complejos clculos, as como interfaces que cubren los requerimientos de la geoestadstica y en particular el clculo y ajuste de semivariograma. Pero se ha podido constatar que las interfaces responden a la experiencia y creatividad de los elaboradores lo cual ha creado en ocasiones interfaces no amigables en su totalidad y que no aprovechan todos las riquezas de los lenguajes de programacin visuales.
Atendiendo a lo planteado anteriormente el objetivo de la presente investigacin es desarrollar un programa con una interfaz amigable para el anlisis de variabilidad y correlacin espacial lo ms adecuado posible. El sistema fue implementado con la herramienta de programacin NetBeans 6, empleando JFreeChart como librera grfica, y el Computer Assisted Software Engineering, Rational Rose para crear los artefactos utilizados del Lenguaje Unificado de Modelado con los que se caracteriz y model GeoVar.
viii Summary
The application of computer tools to estimate and appreciation of natural phenomena has increased in our days. Thanks to developments in computer technology has enabled the development of natural sciences and in particular areas related to geosciences, resulting in an increase in procedures, functions, real-time analysis, which require rapid processing and many others features performance. Displays include a wide range of commercial and public domain that are used for the analysis of spatially distributed data, it means, programs that allow the application of geostatistical methods.
All programs in this field have profound and complex calculations, and interfaces that cover the requirements of geostatistics and in particular the calculation and adjustment of semivariograms. But he noted that the interfaces meet the experience and creativity of the developers which have created at times not friendly interfaces in its entirety and not exploit all the richness of visual programming languages.
In response to previously raised the objective of this research is to develop a program with friendly interface for the analysis of variability and spatial correlation as appropriate as possible. The system was implemented with the programming tool NetBeans 6 using JFreeChart as a graphics library and the Computer Assisted Software Engineering, Rational Rose for creating the artefacts used in the Unified Modelling Language with which characterized and shaped GeoVar.
ix TABLA DE CONTENIDO Pag.
RESUMEN ........................................................................................................ vii Summary.......................................................................................................... viii INTRODUCCIN ............................................................................................... 1 CAPTULO I: BASES PRELIMINARES............................................................. 6 I.1. Introduccin............................................................................................. 6 I.2. Breve descripcin de la Geoestadstica .................................................. 6 I.3. Sistemas afines. ...................................................................................... 9 I.4. Sistemas utilizados para la implementacin de GeoVar. ...................... 12 I.5. Modelo Conceptual de GeoVar ............................................................. 13 I.6. Anlisis de Factibilidad.......................................................................... 15 I.7. Estimacin del esfuerzo ........................................................................ 18 I.7.1. Estimacin del tiempo de desarrollo del proyecto ............................ 19 I.7.2. Estimacin del costo de desarrollo del proyecto .............................. 19 I.8. Conclusiones......................................................................................... 22 CAPTULO II: DISEO DE GEOVAR ............................................................. 23 II.1. Introduccin.......................................................................................... 23 II.2. Estructura de el Formato GEO-EAS..................................................... 23 II.3. Diseo de la Interfaz-Usuario para GeoVar. ....................................... 24 II.4. Caractersticas de UML........................................................................ 36 II.5. Diseo de la interfaz de usuario ........................................................... 37 II.6. Diseo de la navegacin en GeoVar.................................................... 38 CAPTULO III: IMPLEMENTACIN DE GEOVAR .......................................... 40 III.1. Introduccin......................................................................................... 40 III.2. Caractersticas de NetBeans 6.0......................................................... 40 III.3. Caractersticas de JfreeChart 1.0.4..................................................... 43 III.4. Implementacin de la Ayuda de GeoVar............................................. 54 CONCLUSIONES............................................................................................. 57 RECOMENDACIONES .................................................................................... 58 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................. 59 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 60 ANEXOS .......................................................................................................... 62
1 INTRODUCCIN El desarrollo de programas para el anlisis de datos distribuidos espacialmente fue motivado por la necesidad de las empresas gelogo mineras de realizar con eficiencia la estimacin de recursos mineros, es decir, la utilizacin de mtodos geomatemticos y en particular los geoestadsticos, que tienen su base fundamental en el clculo de los semivariogramas. El semivariograma consiste en la determinacin de las caractersticas espacialmente. El primer software conocido que implementa los mtodos geoestadsticos fue el GEO-EAS (Geostatistical Environmental Assessment Software) versin 1.2.1 que trabajaba sobre MSDOS (Microsoft Disk Operating System), paquete de programas muy difundido creado por Evan Englund y Allen Sparks para U.S. Environmental Protection Agency (EPA), teniendo el mrito de ser el primer programa que utiliza la geoestadstica en mquinas con plataforma IBM-PC, esta versin fue publicada en 1990, su manual fue posteriormente publicado, en 1991. de variabilidad y correlacin de datos distribuidos
Posteriormente fueron desarrollados un gran nmero de programas de dominio pblico y programas comerciales que han dominado el mercado en el campo de las geociencias dentro de los que se hallan, programas comerciales: VULCAN, GEMCOM, MINEMAP, DATAMINE, TECHBASE, etc. Estos programas tiene precios en el mercado entre los miles y los cientos de miles de dlares por lo tanto no son accesibles por una gran mayora de usuarios finales, sobre todo de instituciones con fines docentes.
Dentro de los programas de dominio pblico podemos mencionar la GSLIB (Librera Geoestadstica) que esta formado por un conjunto de programas que ofrecen las ms dismiles facilidades para el procesamiento geoestadstico. Este programa creado en la Universidad de Stanford se ha hecho muy popular en la comunidad de geomatemtica a pesar de que no posee ambiente visual, sino que trabaja en modo consola.
2
Aun cuando es innegable la calidad de todos estos programas por la seguridad de los clculos que se realizan como es el caso del ISATIS, programa de geoestadstica elaborado en el Centro de Geoestadstica de la Escuela Nacional Superior de Minas de Pars y comercializado por
Geovariances podemos afirmar que todos adolecen de una interfaz amigable para el trabajo del especialista, por ejemplo:
Existen
programas
que
no
permiten
representar
dos
semivariogramas en un mismo grfico, impidiendo un anlisis adecuado de de anisotropa. Existen otros programas que haciendo uso de artificios de programacin permiten calcular ms semivariogramas de los que realmente necesita un especialista llegando a confundir en ocasiones. Otros sistemas imponen reglas que no obedecen a los estndares tericos por los cuales se rige la geoestadstica.
De todo lo anterior podemos plantear que la situacin problmica de la siguiente investigacin es la inexistencia de interfaces totalmente amigables para la realizacin del anlisis de variabilidad y correlacin espacial de variables distribuidas espacialmente, lo cual es la antesala de la geoestadstica.
Ante esta situacin identificamos la existencia de un problema cientfico que consiste en la necesidad de desarrollar un programa con una interfaz lo ms amigable posible que permita un mejor anlisis de variabilidad y correlacin espacial, es decir, el anlisis estructural que consiste en el clculo y ajuste de semivariogramas. El objeto de esta investigacin es automatizacin del anlisis estructural.
Como Hiptesis podemos plantear: el desarrollo de una interfaz lo ms amigable posible para el clculo de semivariograma experimental
3 proporcionar una herramienta til para la aplicacin adecuada de los mtodos geoestadsticos.
El objetivo general es desarrollar un programa para el clculo de los semivariogramas que utilice una interfaz lo ms amigable posible.
El Campo de accin es el diseo de una Interfaz lo ms amigable posible para el desarrollo del anlisis estructural.
Para llegar al resultado deseado nos hemos trazado una serie de objetivos especficos que consisten en: Decidir la mejor variante para la automatizacin en el desarrollo del anlisis estructural. Realizar el diseo de la interfaz para el anlisis estructural. Implementacin del programa.
Para el cumplimiento de los objetivos fue necesario realizar las siguientes actividades: Revisin bibliogrfica de informacin relacionada con la aplicacin de la geoestadstica, particularizando en los programas que implementan los mtodos geoestadsticos. Estableciendo el marco terico y prctico de la investigacin. Participacin en sesiones cientficas con especialistas en
geoestadstica con el objetivo de conocer el fundamento matemtico y algortmico de los mtodos geoestadsticos y en particular el clculo y ajuste de semivariogramas. Recopilar y estudiar sistemas automatizados que permitan la aplicacin de los mtodos geoestadsticos con el objetivo de conocer las deficiencias relacionadas con la interfaz, constatadas por los especialistas. Definir los elementos fundamentales en los cuales es necesario perfeccionar procedimientos para el diseo de una interfaz que cumpla con los requerimientos de los especialistas.
4 Disear, implementar y poner a punto el programa utilizando un entorno de desarrollo sobre cdigo abierto (open source). Documentar los resultados obtenidos.
La implementacin de GeoVar se realiz a travs del entorno de programacin integrada NetBeans 6 con JFreeChart como librera grfica y el CASE (Computer Assisted Software Engineering) Rational Rose para crear los artefactos utilizados del Lenguaje Unificado de Modelado (UML) con los que se caracteriz y model el sistema.
Los resultados fundamentales obtenidos en la investigacin a fin de cumplir con el objetivo trazado es el diseo e implementacin de un sistema con una interfaz amigable, respetando los estndares para la realizacin del anlisis de variabilidad y correlacin espacial y lo ms adecuado posible para los especialistas en el tema.
La tesis se estructur en tres captulos:
Captulo No I: Bases Preliminares. Se realiza una caracterizacin de la geoestadstica en la que se seala la importancia, las razones de su surgimiento, su impacto social as como la extensin que ha tenido hacia otras ramas de las ciencias naturales. Posteriormente se muestra la Modelacin Conceptual de GeoVar la que permite ver los objetos empleados ms importantes en el marco del problema y relaciones existentes entre estos. Se concluye con un
estimado del costo que se incurre al acometer las tareas de desarrollar el sistema as como la estructura de sus ficheros de trabajo, estimacin realizada por el mtodo Punto de Caso de Uso, comparando este con los beneficios que reportara el sistema.
Captulo No. II: Diseo de GeoVar. Se ilustra el diseo de la estructura del fichero con formato GeoEAS que funciona como base de datos del programa para el estudio geoestadstico, tambin se ilustra el diseo de la Interfaz Usuario, de la Ayuda en lnea y
5 de la navegacin de GeoVar. En el diseo de su fichero de estudio se exponen algunos conceptos utilizados en la obtencin del Modelo Conceptual. Para el diseo de la Interfaz de Usuario se hizo primeramente la captura de los requerimientos funcionales que debe asegurar GeoVar para satisfacer al cliente y usuarios finales, abordando este diseo con el uso de artefactos del Lenguaje Unificado de Modelado (UML) definindose actores, Casos de Usos y Diagramas de Casos de Uso. Cada Caso de Uso se describe textualmente sobre la base de su prototipo de Interfaz-Usuario, se concluye con una caracterizacin del UML segn la literatura consultada. En el diseo de la Ayuda en lnea de GeoVar se definen los tpicos que esta debe contener y su estructura organizativa relacionada con las interfaces de usuario. Al disear la navegacin se ilustra cmo corresponde con los Casos de Uso definidos.
Captulo No. III: Implementacin de GEOVAR. Aborda lo relacionado con la implementacin de la Interfaz de Usuario de GeoVar con uso de NetBeans 6.0 como herramienta de programacin as como la utilizacin de JFreeChart como librera grfica y de la Ayuda en lnea desarrollada con la herramienta HelpMaker versin 7.4. Se hace una caracterizacin de cada uno de los productos utilizados, ejemplificando cmo fueron utilizadas las facilidades ofrecidas por estas herramientas.
6 CAPTULO I: BASES PRELIMINARES I.1. Introduccin En este captulo se realiza una caracterizacin de la geoestadstica como ciencia aplicada y cientfica, la necesidad de su surgimiento, de las etapas por las que ha evolucionado desde su comienzo y en la que se seala su importancia y la necesidad de su utilizacin en otros campos de las ciencias naturales, as como la necesidad de soluciones informticas gracias a la complejidad de sus modelos, clculos y estudios tan profundos, la necesidad de una rapidez de procesamiento en estos. A partir de esto se describen una serie de programas existentes y utilizados mundialmente, se hace una caracterizacin de stos en cuanto a sus propiedades tanto en el rea de sus clculos como en la facilidad y la capacidad amigable de sus interfaces.
Se muestra la Modelacin Conceptual del Anlisis Geoestadstico, la que permite ver los objetos empleados en el marco del problema, sus atributos y relaciones existentes entre estos, con lo cual se profundiza en el conocimiento de este proceso. Concluye el captulo con un estimado del costo en que se incurrir al disear e implementar el software, mostrando los beneficios tangibles e intangibles. La estimacin del costo se realiza con uso del mtodo Puntos por Casos de Uso.
I.2. Breve descripcin de la Geoestadstica El trmino geoestadstica comprende el anlisis y el modelado de datos espaciales que estn distribuidos en un sistema de coordenadas del espacio y/o tiempo. La teora de variables regionalizadas, o Geoestadstica, naci como una metodologa inferencial para evaluar reservas de oro y se extendi rpidamente a otras observaciones espaciales donde los supuestos bsicos de la estadstica clsica no se cumplan. Los tres pasos bsicos de un estudio geoestadstico incluyen: anlisis exploratorio de datos, anlisis estructural (clculo y modelado de semivariogramas) y predicciones (krigeaje o simulaciones).
7 Para el estudio de estas variables son usados diversos procedimientos geoestadsticos de estimacin y/o simulacin. Esto es, a partir de un conjunto de muestras tomadas en localizaciones del dominio en que se manifiesta un fenmeno a estudiar y consideradas representativas de su realidad, que por lo general es siempre desconocida, estos procedimientos permiten la descripcin o caracterizacin de las variables con dos fines diferentes, primero, proporcionar valores estimados en localizaciones de inters y segundo, generar valores que en conjunto presenten iguales caractersticas de dispersin que los datos originales. La geologa y la minera es el campo tpico para la aplicacin de estos modelos, campo en el que surge y se desarrolla la Geoestadstica como ciencia aplicada.
Concepto de Geoestadstica La Geoestadstica se define como la aplicacin de la Teora de Funciones Aleatorias al reconocimiento y estimacin de fenmenos naturales (Journel y Huijbregts, 1978), o simplemente, el estudio de las variables numricas distribuidas en el espacio (Chauvet, 1994), siendo una herramienta til en el estudio de estas variables (Zhang, 1992). Su punto de partida es asumir una intuicin topo-probabilista (Matheron, 1970). De acuerdo a los acontecimientos ms importantes hasta el Vigsimo Symposium Internacional de la Aplicacin de la Computacin y la Matemtica en la industria Mineral, APCOM 87, la evolucin de la Geoestadstica se ha dividido en algunas generaciones [Matheron, y Kleingeld,1987], las cuales son:
La
Geoestadstica
Lineal
1945-1965,
la
ciencia,
ahora
llamada
Geoestadstica, tuvo su comienzo en los trabajos de H.S. Sichel en 1947 y 1949, en la aplicacin de la distribucin normal en minas de oro, seguido por la ahora famosa contribucin de D.G. Krige en la aplicacin del anlisis de regresin entre muestras y bloques de mena, los cuales fijaron la base de la Geoestadstica Lineal, adems de la introduccin de la teora de funciones aleatorias por B. Matern en el estudio de la variacin espacial de un campo forestal. La generacin de la Geoestadstica Lineal culmina en el
8 trabajo de G. Matheron en su tesis doctoral de 1965 titulada: "Las variables regionalizadas y su estimacin".
La Geoestadstica No Lineal 1966-1974, la segunda generacin vio el establecimiento de la escuela de Fontainebleau, en Mayo de 1968, fue creado el Centro de Geoestadstica, en la atmsfera tranquila de Fontainebleau segn Matheron (1970). Importantes contribuciones fueron hechas en este perodo por los autores M. David, A.G. Journel, Ch. J. Hiujbregts, P. Delfiner, P. Chauvet y J.P. Chiles. Muchos otros autores tambin contribuyeron en el campo de la Geoestadstica durante este perodo, lo que se evidencia en la gran cantidad de artculos publicados en esta poca.
La tercera generacin 1974-1987, estuvo dedicada a resolver problemas ms complejos asociados con la seleccin y combinacin de bloques de mena, Matheron introduce el modelo de Krigeaje Disyuntivo, la primera aplicacin prctica del Krigeaje Disyuntivo Gaussiano fue desarrollada por A. Marchal en 1975. Numerosas actividades relacionadas con el cambio de soporte, la funcin de transferencia, parametrizacin de reservas, selectividad de la distribucin, la simulacin, el estudio de casos multivariados ocurrieron durante este perodo. En 1980 W.J. Kleingeld, propuso el problema de extrema asimetra distribuidos en porciones discretas del yacimiento, lo cual culmina con el desarrollo de la aproximacin generalizada de modelos isofactoriales discretos. Estos modelos fueron puestos en prctica por Ch. Lantujoul y Ch. Lujaunie, para el caso general; y por W.J. Kleingeld por el Binomio Negativo o Modelos de Mosaico. Durante este perodo, fue tambin desarrollado por A.G.Jounel el Krigeaje de Indicadores y una forma especial de Krigeaje Disyuntivo. El desarrollo de modelos genticos de yacimientos fue acometido por J.Rivoirard.
9 I.3. Sistemas afines. En la actualidad, los mtodos Geoestadsticos han sido extendidos a los ms diversos campos de la Ciencias de la Tierra. El desarrollo de la informtica moderna ha propiciado condiciones para su divulgacin y su aplicacin a un grupo cada vez mayor de problemas, pueden encontrarse en el mercado informtico programas profesionales que ofrecen opciones para la aplicacin de estas tcnicas, una muestra de estos son los que siguen: ISATIS: La versin inicial se lanz en 1993, es el nico paquete comercial profesional que ofrece el acceso fcil a todas las tcnicas de geoestadstica probado dentro de una interfaz de uso fcil, hoy se usa en el mundo ampliamente encima de por ms de 250 compaas de petrleo y gas, las corporaciones mineras y las agencias medioambientales. Actualmente se comercializa la versin 9 de este sistema. En opinin del autor la deficiencia de este sistema consiste en que no utiliza o explota suficientemente las posibilidades de los ambientes visuales. GEMCOM MINEX: Minex es un modelado geolgico comprensivo y una herramienta de la planificacin para minas de carbn y otros depsitos estratificados, como lignito, fosfato, cinc, bauxita, mena frrica, y platino. Minex es el paquete de modelado y planeando de opcin para los
funcionamientos mineros del carbn ms grande del mundo, es el nico software especficamente diseado para yacimientos estratificados
integrando todos los aspectos de la minera desde la exploracin hasta la produccin programada. En opinin del autor la mayor deficiencia de este sistema es que a pesar de ser un sistema profesional muy difundido en el mundo no permite realzar adecuadamente un anlisis de anisotropa al no permitir representar los semivariogramas direccionales en un mismo grfico, dificultando el proceso de ajuste de acuerdo a los conceptos tericos de la geoestadstica. MineMAP: permite a las aplicaciones de las operaciones mineras: Interrogar, interpretar y el modelo geolgico y el ensayo de la fecha; Optimizar la mina y diseos de camino; Optimizar mina, requisitos de planificacin y programacin;
10 Flota de seguimiento en tiempo real con la presentacin de informes resultando en ERP Administrar y conciliar la produccin minera. Este sistema aunque destinado fundamentalmente a trabajos mineros, permite el clculo de semivariogramas, sin amplias posibilidades de procesamiento. MineMap en todo el mundo se est utilizando para aumentar la rentabilidad de las operaciones mineras de una amplia gama de productos. Metlicos y metales preciosos Carbn Minerales Sands Mineral de Hierro Caliza ridos Tierras Raras Oro aluvial Bauxita Diamantes Minerales Industriales
SGEMS: El Software de Modelado Geoestadstico de la Tierra (GEMS, por sus siglas en ingls), es un ejemplo de software, construido a partir de cero utilizando el GsTL. El cdigo fuente de GEMS es un ejemplo de cmo usar instalaciones GsTL, la cual es una biblioteca de plantillas para ejecutar las rutinas geoestadsticas, incluyendo: Kriging Multi-variable kriging (co-kriging) Secuencial Gaussiano simulacin Secuencial indicador de simulacin Multi-variable gaussiana secuencial y el indicador de simulacin Mltiples puntos de las estadsticas de la simulacin
Este sistema implementa una interfaz adecuada para la realizacin del anlisis geoestadstico a partir del uso de a librera Geostadstica GsLib,
11 pero limita en ocasiones al especialista a estndares particulares como por ejemplo: en el momento del ajuste de los semivariogramas no permite introducir un alcance superior al mayor valor de la escala en el eje de la abscisas, lo cual dificulta sobremanera el ajuste de algunos casos reales con anisotropa.
Surfer: es uno de los mejores programas para visualizacin. Es un software de contorno y visualizacin 3D que funciona en Microsoft Windows. De una forma fcil y rpida convierte los datos en contorno, superficie, vector, imagen y mapas. Unas de las caractersticas principales de este son: Contorno de Mapas. Superficie de mapas en 3D. Mapas de vectores. Imagen de Mapas. Mallas. Variogramas.
Este sistema tiene la dificultad de no permitir la representacin de dos semivariogramas en un mismo grfico, limitando de esta manera un adecuado anlisis de anisotropa
VARIOWIN: Este programa, diseado nicamente para la exploracin y modelado de semivariogramas, permite realizar el anlisis estructural de datos espaciales de una forma sencilla y con facilidades para el usuario principiante. La primera versin1, dedicada ntegramente a la enseanza del anlisis variogrfico, fue libre; sin embargo, su distribucin y uso deban tener la autorizacin del autor. Este programa posee como otros la
dificultad de no permitir la representacin de dos semivariogramas en un mismo grfico, limitando de esta manera un adecuado anlisis de anisotropa.
A pesar de que son software utilizados mundialmente con una gran exactitud en sus clculos y resultados, con una gran cantidad de funcionalidades los autores de estos no se ponen de acuerdo en lograr una
12 interfaz lo ms amigable posible y de acuerdo con las experiencias del autor y tutor de esta tesis se vio oportuno desarrollar un proyecto con el objetivo de lograr un software con una interfaz lo ms amigable posible para el anlisis de variabilidad y correlacin de datos espaciales.
I.4. Sistemas utilizados para la implementacin de GeoVar. Para la realizacin del software se utilizaron las siguientes aplicaciones: NetBeans 6.0: Se refiere a un entorno de desarrollo integrado para el desarrollo de aplicaciones de escritorio. El IDE NetBeans permite que las aplicaciones sean desarrolladas a partir de un conjunto de componentes de software llamados mdulos. Un mdulo es un archivo Java que contiene clases escritas para interactuar con las APIs de NetBeans y un archivo especial (manifest file) que lo identifica como mdulo. Las aplicaciones construidas a partir de mdulos pueden ser extendidas agregndole nuevos mdulos. Debido a que los mdulos pueden ser desarrollados independientemente, las aplicaciones basadas en el IDE NetBeans pueden ser extendidas fcilmente por otros
desarrolladores de software. Es un proyecto de cdigo abierto de gran xito con una gran base de usuarios, una comunidad en constante crecimiento, y con cerca de 100 socios en todo el mundo. Sun MicroSystems fund el proyecto de cdigo abierto NetBeans en junio 2000.
JFreeChart: Es una biblioteca grfica gratuita para la plataforma Java (tm). Est diseado para su uso en aplicaciones, applets, servlets y JSP. JFreeChart se distribuye con cdigo fuente completo sujeto a los trminos de la GNU Lesser General Public License, que permite JFreeChart para ser utilizado en la propiedad o aplicaciones de software libre. JFreeChart puede generar grficos circulares, grficos de barras (regular y apiladas, con un efecto 3D opcional), lnea de tablas, grficos de dispersin, grficos de series temporales (incluidos los promedios mviles, de alto-bajo-abiertocerrar las cartas parcelas y vela), diagramas de Gantt, grficos metros (marcar, brjula y termmetro), smbolo de las cartas, parcelas viento, combinacin de cartas y mucho ms.
13 Las caractersticas adicionales incluyen: Los datos son accesibles desde cualquier aplicacin de las interfaces definidas. Exportacin a PNG y JPEG formatos de archivo de imagen (o puede utilizar Java ImageIO biblioteca para la exportacin a cualquier formato soportado por ImageIO);
I.5. Modelo Conceptual de GeoVar Para mejor comprensin del negocio se realiza la Modelacin Conceptual de Anlisis Geoestadstico, que es un diagrama utilizado para comprender, capturar y describir las clases ms importantes empleadas en el contexto del negocio (Anlisis Geoestadstico). En l aparecen las clases:
JMiPunto: son puntos del suelo de los cuales se extraen valores de la variable en estudio. Posee los atributos: X (Coordenada X), Y (coordenada Y) y el valor de la variable en ese punto. JPar: Est compuesto por dos puntos en los cuales se estudi la variable en cuestin. JPares: Est compuesto por todos los posibles pares formados a partir de los puntos donde se estudi la variable en cuestin. Se puede decir que a partir de aqu es donde comienza verdaderamente el anlisis geoestadstico ya que la variabilidad de los puntos en el espacio se analiza en base a los pares formados por estos y la cantidad de pares que resultar con respecto a una serie de puntos estudiados se deriva de la formula:
np = n(n-1)/2. Donde: np: nmero de pares resultantes. n: cantidad de puntos de extraccin.
JFormatoGeoTxt: Contiene todo lo referente al formato GEO-EAS, es decir, est compuesto por todas las caractersticas de este formato. Contiene las variables: nombre (Nombre del estudio), variables (arreglo que contiene los
14 nombres de cada variables) y muestras (arreglo que contiene todos los valores de las variables en estudio). JFVariograma: Contiene todo lo referente al anlisis de variabilidad espacial con respecto a los datos de cada variable en estudio, este trabaja sobre la lista de pares conformada por los puntos de extraccin. Este anlisis se deriva de la formula:
(h)Donde:
=
1 2 Np
N
(h)
(Z(xi=1
p
(h)
i
+ h) Z(x
i ) )
2
Z(xi): Dato experimentales. xi, xi+h: Localizaciones de los datos. h: Paso o incremento del semivariograma. Np(h) : Nmero de pares a la distancia h. JFormatoVar: Contiene toda la informacin necesaria para lograr un ptimo ajuste de modelos tericos conocidos (y autorizados) al semivariograma experimental, ya que no es posible utilizar directamente el semivariograma experimental en el proceso de estimacin geoestadstica. JFAjusteVariograma: Contiene una serie de estructuras o modelos tericos autorizados para lograr una estimacin lo ms ptima posible, con respecto al semivariograma experimental generado a partir del estudio de la variable en cuestin.
15
I.6. Anlisis de Factibilidad Antes de llevar a cabo la implementacin de este sistema se realiz una valoracin aproximada de su costo y tiempo de desarrollo con el uso del mtodo Puntos de Casos de Uso, realizando con este modelo estimaciones de los parmetros: costo, tiempo de desarrollo, entre otros. Comparndose el costo con los beneficios tangibles y no tangibles obtenidos con el
desarrollo del Software GeoVar.
Clculo de Puntos de casos de uso sin ajustar.
Factor de peso de los actores sin ajustar (FPA) El especialista constituye un actor de tipo complejo, ya que se trata de una persona utilizando el sistema mediante una interfaz grfica, al cual se le asigna un peso 3. Luego, el factor de peso de los actores sin ajustar resulta: FPA = 1 x 3 = 3.
Factor de Peso de los Casos de Uso sin Ajustar (FPCU)
16 Se tienen 15 casos de uso de tipo simple (peso 5) y 2 casos de uso de tipo medio (10) con lo cual el factor de peso de los casos de uso sin ajustar resulta: FPCU = 15 x 5 + 2 x 10 =95. Finalmente, los Puntos de Casos de Uso sin ajustar resultan PCU = FPA + FPCU = 3 + 95 = 98. Clculo de Puntos de casos de uso Ajustados. Factor de complejidad tcnica (FCT) Factor T1 Descripcin Sistema distribuido Peso 2 Valor asignado 0 Comentario El sistema es centralizado La velocidad es limitada por las entradas provistas por el usuario Muchas restricciones de eficiencia Clculos muy complejos No se requiere que el cdigo sea reutilizable Escasos requerimientos de facilidad de instalacin Grande facilidad para su uso Muy portable Se requiere un costo moderado de mantenimiento
T2
Objetivos de performance o tiempo de respuesta
1
1
T3
Eficiencia del usuario final
1
5
T4 T5
Procesamiento interno complejo El cdigo debe ser reutilizable
1 1
3 0
T6
Facilidad de instalacin
0.5
1
T7
Facilidad de uso
0.5
5
T8 T9
Portabilidad Facilidad de cambio
2 1
5 3
17 T10 Concurrencia 1 0 No hay concurrencia Seguridad mnima No requiere acceso directo a terceras partes sistema fcil de usar
T11
Incluye objetivos especiales de seguridad Provee acceso directo a terceras partes
1
0.5
T12
1
0
T13
Se requieren facilidades especiales de entrenamiento a usuarios
1
1
El factor de complejidad tcnica resulta: FCT = 0.6 + 0.01 x 26.25 = 0.863
Factor de ambiente (FA) Factor E1 Descripcin Familiaridad con el modelo de proyecto utilizado Peso 1.5 Valor asignado 5 Comentario El programador est un poco familiarizado con el modelo El programador no ha trabajado mucho tiempo en sta aplicacin El programador programa orientado a objetos El analista tiene una experiencia normal El
E2
Experiencia en la aplicacin
0.5
1
E3
Experiencia en orientacin a objetos
1
4
E4
Capacidad del analista lder
0.5
2
E5
Motivacin
1
3
18 programador est motivado E6 Estabilidad de los requerimientos 2 5 No se esperan cambios El programador es full-time Se usar lenguaje Java
E7
Personal part-time
-1
0
E8
Dificultad del lenguaje de programacin
-1
3
El Factor de ambiente resulta: FA = 1.4 - 0.03 x 23 = 0.71
Finalmente, los Puntos de Casos de Uso ajustados resultan: PCUA = 98 * 0.863 * 0.71= 60.05.
I.7. Estimacin del esfuerzo Utilizando el factor de conversin de 28h-h debido a que factores de los que afectan al Factor de ambiente estn por debajo del valor medio para los factores E1 a E6 son dos y los que estn por encima del valor medio para los factores E7 y E8 es 1 en total tres(Valor Medio 23/8=2.7). Entonces: E = PCUA x FC = 60.05 * 28 = 1681H-H.
Calculando el esfuerzo total sabiendo que el esfuerzo de implementacin (1364h-h) representa su 40%: E (total) ----- 100% E (1681) ----- 40% E (total) = 3410 H-H.
19
Actividad Anlisis Diseo
Porcentaje Horas-Hombre 10.00% 20.00% 420.25 840.5 1681 630.38 630.38
Implementacin 40.00% Pruebas Sobrecarga (otras actividades) Total 100.00% 15.00% 15.00%
4202.5
I.7.1. Estimacin del tiempo de desarrollo del proyecto TDes = E(total)/CH. En base a que nuestro equipo es de 1 personas (CH):
TDes = 4202.5h. El resultado de esta estimacin se puede brindar tambin en das o meses solo haciendo la conversin correspondiente. I.7.2. Estimacin del costo de desarrollo del proyecto Costo total: C (total)= C (p) + Otros gastos donde, C (total): costo total C (p): costo del proyecto
C (p)= E(total) x CHH donde, CHH: costo por hombre hora CHH= K x THP donde, K: Coeficiente que tiene en cuenta los costos indirectos
20 (1,5 y 2,0) Entonces: C (p) = E (total) x K x THP THP =100/160 = 0.625 K = 1.5.
Entonces: CHH = 0.934. Por Tanto: C (p) = 4202.5 * 0.934 = $3939.8. Finalmente: Otros Gastos: $60. C (total) = $4000.
El costo total que implica la implementacin de GeoVar es de $4000. Teniendo en cuenta que el software es el producto de un trabajo de diploma, constituye un ahorro para la universidad porque no le cost la elaboracin del mismo. Las consultas realizadas por bibliografas tradicionales y por Internet muestran que existen software afines a nivel internacional pero a un costo de adquisicin muy alto, por este motivo las empresas que se dedican al
estudio de la Geologa en Cuba no los pueden costear.
Leyenda de la estimacin del costo PCU: Puntos de Casos de Uso sin ajustar. FPA: Factor de Peso de los Actores sin ajustar. FPCU: Factor de Peso de los Casos de Uso sin ajustar. PCUA: Puntos de Casos de Uso ajustados PCU: Puntos de Casos de Uso sin ajustar FCT: Factor de complejidad tcnica FA: Factor de ambiente E: esfuerzo estimado en horas-hombre PCUA: Puntos de Casos de Uso ajustados FC: factor de conversin TDes: tiempo de desarrollado del proyecto
21 E(total): esfuerzo total CH: es la cantidad de hombres que desarrollan el proyecto. C(total): costo total C(p): costo del proyecto CHH: costo por hombre hora K: Coeficiente que tiene en cuenta los costos indirectos (1,5 y 2,0) THP: Tarifa Horaria Promedio. El salario promedio de las personas que trabajan en el proyecto dividido entre 160 horas. Con la aplicacin de GeoVar se obtendrn beneficios intangibles o difciles de cuantificar, ellos son: Humanizacin del trabajo pues el usuario solo debe realizar la entrada de los datos y el sistema se encargar del procesamiento. Aumento de la rapidez en la toma de decisiones debido a que los resultados estarn disponibles en menor tiempo. Aumento de la cultura del personal. Calidad en la presentacin de las grficas.
Como beneficios tangibles es posible sealar: Aumento de la productividad del mantenimiento al software que se obtiene del lenguaje de gestin de datos utilizados. Disminucin de los errores de clculo de inters. Mayor flexibilidad en las salidas (Grficas). Aumento de la rapidez de la informacin solicitada y procesada. Mayor organizacin del trabajo. Reduccin de los costos. Mayor aprovechamiento del tiempo.
En el diseo y desarrollo del sistema GeoVar se emplearn como:
Recursos Humanos: Dos personas para el anlisis, diseo y desarrollo del sistema: Tutores: Dr. Jos Quintn Cuador Gil.
22 Autores: Yoel Quintana Carrera.
Recursos Tcnicos: Hardware para su diseo y desarrollo: Procesador: Pentium III 800 Mhz. Memoria: 256 MB Disco Duro: 80 GBytes Unidad de Respaldo: CD - ROM Monitor: Resolucin VGA (800 x 600) pxeles.
Software: Sistema Operativo Windows 98 o Superior. NetBeans 6.0 JfreeChart 1.0.4 Rational Rose Enterprise. HelpMaker 7.4
I.8. Conclusiones Hasta aqu se realiz una breve caracterizacin de los mtodos geoestadsticos particularizando en el anlisis estructural que es el objeto fundamental de la investigacin lo cual permite tener los conocimientos necesarios para el sistema que se pretende desarrollar. Se describe los sistemas informticos ms importantes desarrollados en este campo en los que se puedo constatar deficiencias en la interfaz. Los escasos recursos necesarios para la implementacin del sistema propuesto y la gran cantidad de beneficios que reporta indican la factibilidad del proyecto. Consideramos que con pocos recursos y bajos presupuestos podemos obtener un sistema que brinde gran cantidad de beneficios en cuanto a la realizacin del anlisis estructural a travs de una interfaz amigable al usuario.
23 CAPTULO II: DISEO DE GEOVAR
II.1. Introduccin En este captulo se ilustra la estructura del fichero que funciona como base de datos de muestras para el sistema. Se hace una explicacin del diseo de la Interfaz Usuario a partir de los requerimientos funcionales, de la ayuda en lnea y de la navegacin de GeoVar, exponiendo las bases tericas utilizadas segn la literatura consultada para cada aspecto.
Se analiza la estructura del fichero de estudio, utilizada para lograr el Modelo Conceptual ejemplificndose el uso de estos conceptos en GeoVar.
Se plantean los requerimientos funcionales que debe asegurar GeoVar para satisfacer al cliente y usuarios finales, a partir de estos requerimientos se aborda lo referido al diseo de la Interfaz Usuario de GeoVar realizado con el uso de artefactos del Lenguaje Unificado de Modelado (UML) definindose actores, Casos de Usos, Diagramas de Casos de Uso y describiendo cada Caso de Uso textualmente sobre la base de su prototipo de Interfaz-Usuario. Se finaliza con una caracterizacin del Lenguaje Unificado de Modelado resumiendo los aspectos de este tratados en la literatura consultada del tema.
El capitulo concluye haciendo una muestra del diseo de la navegacin de GeoVar, el cual se corresponde con los Casos de Uso definidos.
II.2. Estructura de el Formato GEO-EAS. El formato de archivo GEO-EAS es un estndar internacional que fue creado en 1990 por Evan Englund y Allen Sparks como base de datos de muestras para su primer software destinado a la implementacin de mtodos geoestadsticos, que fue tambin el primero en el mundo destinado para esa funcin y que lleva el propio nombre. Este formato esta compuesto por varias lneas de informacin de cabecera, seguido de una tabla de datos. Las normas bsicas de su composicin son:
24
La primera lnea es un ttulo del estudio. La segunda lnea contiene la cantidad de variables (columnas) de las que se tomaron muestras o de las que se estn estudiando. Las prximas n lneas (una por variable), contienen los nombres de las n variables y (opcionalmente) la unidad de informacin y el formato. La tabla de datos debe contener una lnea para cada observacin (por lo general hasta 1000).
La tabla de datos debe contener slo nmeros, en entero o decimal separados por espacios o comas. Las columnas no necesitan estar alineadas.
II.3. Diseo de la Interfaz-Usuario para GeoVar. El Diseo de la Interfaz de Usuario debe estar en correspondencia con las necesidades del cliente y los usuarios finales para ello el sistema debe cumplir con los requerimientos funcionales (capacidades que deber tener el sistema) planteados a continuacin: RF1 - El sistema permitir registrar un nuevo estudio. RF2 - El sistema permitir abrir un fichero de un estudio ya realizado para su anlisis. RF3 - El sistema permitir guardar un estudio realizado. RF4 - Editar y modificar cualquier fichero de un estudio. RF5 - El sistema permitir imprimir los valores de las muestras de un estudio. RF6 - El sistema permitir el anlisis tanto de parmetros estadsticos, como mnimo, media, primer cuartil, tercer cuartil, desviacin estndar, desviacin tpica, etc. RF7 - El sistema ser capaz de mostrar distintos tipos de grficas que son de un valor gran valor analtico para el especialista.
El actor de GeoVar, que se beneficia de las funciones brindadas por el sistema antes sealadas es:
25
Actor del sistema. Geoestadista
Justificacin. Es el encargado de realizar el registro de todos las muestras tomados del terreno, as como de analizarlas para lograr tener una amplia visin de como esta compuesto este y lograr tomar una decisin favorable basndose en su anlisis. Tabla II.1 Actor de GeoVar.
Los Casos de Uso del sistema propuesto (fragmentos de funcionalidad que el sistema ofrece para aportar un resultado de valor para los actores) han sido agrupados en paquetes de Casos de Uso siguiendo el criterio de funcionalidad con el objetivo de lograr una mejor comprensin del Modelo y modularizacin de las funcionalidades que brinda el sistema. Se han definido 2 paquetes de casos de uso que nos permiten hacer un anlisis ms detallado del sistema propuesto. Los paquetes son: Gestin de Muestras, Anlisis de Muestras. La figura 2 muestra la relacin entre paquetes y la interfaz Men del sistema.
Gestion de Muestras CI_Menu
Analisis de Muestras
Figura. II.1 Diagrama de Paquetes de Casos de Uso. El paquete Gestin de Muestras relaciona los casos de uso: Nuevo, Abrir, Cerrar, Guardar, Guardar como, Imprimir Tabla, Salir, Editar Fila, Editar Columna y Ver. El procesamiento de informacin que realiza GeoVar se hace bsicamente a nivel de Muestras donde se encuentra el mayor contenido de informacin. Cada muestra contiene un valor de todas las
26 variables o minerales que se estn estudiando, los cuales deben ser procesados para poder realizar su posterior anlisis. A partir de que el especialista procese los datos de la o las muestras tomadas del terreno estos pueden ser editados y modificados.
Guardar(from Archivo)
Abrir(from Archivo)
Cerrar(from Archivo)
Guardar como...(from Archivo)
Nuevo(from Archivo)
Salir(from Archivo)
Renombrar columna(from Edicion)
Geoestadista(from Actores)
Imprimir tabla(from Archivo)
Borrar tabla(from Edicion)
Ver(from Ver)
Editar Fila(from Edicion)
Editar Columna(from Edicion)
Figura. II.2 Casos de Usos del Paquete Gestin de Muestras. Despus de un anlisis profundo de los casos de uso se lleg a la conclusin de que dentro del paquete Gestin de Muestras los casos de uso ms crticos son Nuevo y Abrir, es decir, aquellos casos de uso que poseen mayor dificultad para su aprendizaje por parte del usuario. A continuacin describiremos textualmente cada uno de estos Casos de Uso haciendo uso del prototipo de su Interfaz-Usuario. Caso de uso: Actores: Descripcin: Se inicia cuando el Geoestadista posee los datos necesarios para crear un estudio geolgico. Referencias: RF1 Nuevo Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
27 Precondiciones: Debe poseer como mnimo tres variables
(columnas) y una muestra (fila). Poscondiciones: Se obtiene un nuevo estudio que contiene registrados geolgica. Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona la opcin Respuesta de GEOVAR Si existe algn estudio abierto lleno en el cual no se hallan guardado cambios va a 5 sino: los datos de la investigacin
Nuevo del men principal o el acceso directo en la barra de herramientas.
Presenta la interfaz Crear Nuevo (ver anexo 2) con una serie ChB2,) de por
caractersticas
(ChB1,
defecto que pueden ser modificadas.
Puede realizar: Desactivar ChB1. Desactivar ChB2. Crear (B1). Cerrar (B2).
Si se realiza la accin: Desactivar ChB1 Se habilita el
campo texto cantidad de muestras del estudio con el objetivo de entrar esta cantidad. Desactivar ChB2 Se habilita el
campo texto cantidad de variables del estudio con el objetivo de entrar esta cantidad. Crear se muestra una interfaz (ver
anexo 3) que va a contener una tabla con las caractersticas introducidas en la interfaz Crear Nuevo (ver anexo 2) y se habilita los men, Edicin (M2), Ver (M3), Bsica, y las Mapa opciones Base, Estadstica Mapa Base
28 Proporcional, Variograma, Ajuste de Variograma (ver anexo 1). Cerrar Se cierra la interfaz Crear
Nuevo (ver anexo 2). Se muestra un cuadro de dialogo en el cual se le da la posibilidad de guardar lo cambios en el estudio. Puede realizar: Si. No. Cancelar Cancelar dialogo. No No se guardan lo cambios sobre Se cierra el cuadro de Si se realiza la accin:
el estudio y se muestra la interfaz Crear Nuevo (ver anexo 2) y se va a 3. Si Se guardan lo cambios sobre el
estudio y se muestra la interfaz Crear nuevo (ver anexo 2) y se va a 3.
Caso de uso: Actores: Descripcin:
Abrir Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
Se inicia cuando el Geoestadista desea analizar o modificar un fichero ya existente. Referencias: Precondiciones: RF2 El archivo del estudio debe estar estructurado de acuerdo con el estndar internacional. Poscondiciones: El archivo del estudio queda abierto para su anlisis o modificacin. Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona la opcin Abrir en el men principal o en el acceso directo en la Respuesta de GEOVAR Si existe algn estudio abierto en el cual se hallan guardado cambios o no exista ningn estudio abierto voy a 5
29 barra de herramientas. sino:
Presenta una ventana de dialogo con el objetivo guardar o no los ltimos cambios en el estudio. Puede realizar: Si. No. Cancelar. Si se realiza la accin: Si Si se esta trabajando en un tiene referencia en
estudio que no
memoria se muestra una ventana de navegacin para determinar la
direccin del estudio y guardar los cambios en este y luego se muestra otra ventana de navegacin con el objetivo de determinar la localizacin de un estudio y abrirlo, sino, si el estudio ya tiene una localizacin en memoria se guardan los cambios sobre el estudio y despus se muestra una ventana de navegacin con el objetivo de determinar la localizacin de un estudio y abrirlo.
No
No se guardan los cambios y se
muestra una ventana de navegacin con el objetivo de determinar la
localizacin de un estudio y abrirlo.
Cancelar dialogo. Se
Se cierra el ventana de
muestra
una con el
ventana objetivo de
de de un
navegacin determinar
la
localizacin
estudio y abrirlo.
30 El paquete Anlisis de Muestras relaciona los casos de uso: Mapa Base, Mapa Base Proporcional, Estadstica Bsica, Variograma, Ajuste de Variograma, los cuales se consideran crticos para el usuario. Este paquete est destinado a que cada Especialista sea capaz de analizar a fondo todos los parmetros necesarios para llegar a comprender y tener un amplio conocimiento de cmo se comporta la variabilidad y correlacin espacial de las variables estudiadas. GeoVar da la posibilidad de hacer un anlisis con respecto a cada variable por separado en una misma interfaz sin tener que regresar a la anterior para poder verlo, teniendo la facilidad de poder modificar los valores de esta.
Mapa Base(from Analizar)
Estadistica Basica(from Analizar)
Geoestadista(from Actores)
Mapa Base Proporcional(from Analizar)
Variograma(from Anali zar)
Ajuste de Variograma(from Analizar)
Figura. II.3 Casos de Usos del Paquete Anlisis de Muestras.
A continuacin describiremos textualmente cada uno de los Casos de Uso del paquete Anlisis de Muestras haciendo uso del prototipo de su InterfazUsuario. Caso de uso: Actores: Descripcin: Se inicia cuando el Geoestadista desea analizar las localizaciones de las Mapa Base Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
31 muestras. Referencias: Precondiciones: RF7 Debe haber abierto un fichero de investigacin con diez o ms muestras. Poscondiciones: Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona la opcin Mapa Base del men principal. Respuesta de GEOVAR Se muestra la interfaz Mapa Base
(Ver anexo 6) donde se muestra una grfica con las localizaciones de las muestras en un eje de coordenadas.
Puede realizar: Guardar Mapa Base (B7). Cerrar (B8).
Si se realiza la accin: Guardar Mapa Base Se muestra
una ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardar la grfica con formato de imagen. Cerrar Se cierra la interfaz.
Caso de uso: Actores: Descripcin:
Mapa Base Proporcional Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
Se inicia cuando el Geoestadista desea analizar las localizaciones de las muestras con respecto a sus valores. Referencias: Precondiciones: RF7 Debe haber abierto un fichero de investigacin diez o ms muestras. Poscondiciones: Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona la opcin Mapa Base Proporcional del Respuesta de GEOVAR Se muestra la interfaz Mapa Base
Proporcional (Ver anexo 7) donde se
32 men principal. muestra una grfica de las con las
localizaciones
muestras,
proporcionales a sus valores en un eje de coordenadas donde, en la misma, se da la posibilidad al usuario que cambie la variable sobre la que se esta trabajando.
Puede realizar: Guardar Mapa Base (B9). Cerrar (B10).
Si se realiza la accin: Guardar Mapa Base Se muestra
una ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardara la grfica como formato de imagen. Cerrar Se cierra la interfaz.
Caso de uso: Actores: Descripcin:
Estadstica Bsica Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
Se inicia cuando el Geoestadista desea analizar el comportamiento de ciertos parmetros que influyen en el posterior anlisis de la muestra. Referencias: Precondiciones: RF6 , RF7 Debe haber abierto un fichero de investigacin con diez o ms muestras. Poscondiciones: Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona Estadstica la opcin del Respuesta de GEOVAR Se muestra la interfaz Estadstica
Bsica
Bsica (Ver anexo 5) dividida en dos secciones, una donde se muestra una grfica donde el usuario puede ver distintos tipos de Histogramas de cada variable con respecto a la cantidad de
men principal.
33 clases deseada (normalmente de 8-20 pero puede ser modificada por el usuario).
Puede realizar: Guardar Estadstica (B11). Guardar Histograma (B12). Cerrar (B13).
Si se realiza la accin: Guardar Estadstica Se muestra
una ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardar un archivo que contendr los parmetros a analizar por el especialista. Guardar Histograma Se muestra
una ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardara la grfica como formato de imagen. Cerrar Se cierra la interfaz.
Caso de uso: Actores: Descripcin:
Variograma Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
Se inicia cuando el Geoestadista desea analizar el comportamiento de la variabilidad espacial de las muestras en cuestin. Referencias: Precondiciones: Poscondiciones: Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona Variograma principal. la del opcin men Respuesta de GEOVAR Se muestra la interfaz Variograma Experimental (Ver anexo 8) dividida en dos secciones, una donde el usuario puede ver distintos tipos de grficas las cuales sern de gran utilidad para RF7 Debe haber abierto un fichero de investigacin.
34 llegar a comprender la variabilidad de las muestras con gran cantidad de facilidades para el especialista en geoestadstica.
Puede realizar: Guardar Datos (B14). Ajustar Variograma
Si se realiza la accin: Guardar Datos Se muestra una
ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardara un archivo que
Experimental (B15). Guardar Variograma (B16). CI (Cambiar Incremento). Cerrar (B17).
contendr los parmetros a analizar por el especialista y posteriormente leer ese fichero con el objetivo de realizarle un ajuste de variogramas. Ajustar Variograma Experimental Llega al paso tres del caso de uso Ajuste de Variograma. Guardar Variograma Se muestra
una ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardara la grfica como formato de imagen. CI Cambia el incremento con el que
se esta haciendo el anlisis. Cerrar Se cierra la interfaz.
Caso de uso: Actores: Descripcin:
Ajuste de Variograma Geoestadista (procesador de datos) (inicia).
Se inicia cuando el Geoestadista desea ajustar modelos tericos conocidos a su variograma experimental. Referencias: Precondiciones: RF7 Debe haber abierto un fichero de investigacin
35 con diez muestras o ms. Poscondiciones: Curso normal de los eventos Accin del Usuario Selecciona la opcin Respuesta de GEOVAR Se muestra una ventana de
Ajuste de Variograma del men principal.
navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se encuentra un fichero, el cual es el resultado de un anlisis de variabilidad espacial sobre una variable del
estudio, luego se muestra la interfaz Ajuste de Variograma (Ver anexo 9) que contiene la grfica representativa de este anlisis con el objetivo de ajustarla. Puede realizar: Adicionar (B18). Eliminar (B19). Limpiar (B20). Guardar Resultados (B21). Guardar Ajuste (B22). Cerrar (B23). Si se realiza la accin: Adicionar Se muestra una ventana
con el objetivo de que el especialista incluya una estructura especfica para el ajuste del variograma experimental. Eliminar Elimina una estructura
determinada del grupo con el objetivo de eliminar su contribucin. Limpiar Elimina todas las
estructuras del grupo. Guardar Resultados resultados finales que Guarda los son los
resultados de mayor importancia para el especialista. Guardar Ajuste Se muestra una
ventana de navegacin con el objetivo de que se seleccione la localizacin en donde se guardar la grfica como
36 formato de imagen. Cerrar Se cierra la interfaz.
II.4. Caractersticas de UML Para el diseo de GeoVar se emplearon algunos de los artefactos del Lenguaje Unificado de Modelado (UML). Esta es una tcnica para la especificacin de sistemas en todas sus fases. Naci en 1994 cubriendo los aspectos principales de todos los mtodos de diseo antecesores y, precisamente, los padres de UML son Grady Booch, autor del mtodo Booch; James Rumbaugh, autor del mtodo OMT e Ivar Jacobson, autor de los mtodos OOSE y Objectory. La versin 1.0 de UML fue liberada en Enero de 1997 y ha sido utilizado con xito en sistemas construidos para toda clase de industrias alrededor del mundo: hospitales, bancos, comunicaciones, aeronutica, finanzas, etc. [Romn, 1997].
El modelado sirve no solamente para los grandes sistemas, an en aplicaciones de pequeo tamao se obtienen beneficios de modelado, sin embargo es un hecho que entre ms grande y ms complejo es el sistema, ms importante es el papel que juega el modelado.
Los principales beneficios de UML son: Mejores tiempos totales de desarrollo (de 50 % o ms). Modelar sistemas (y no slo de software) utilizando conceptos orientados a objetos. Establecer conceptos y artefactos ejecutables. Encaminar el desarrollo del escalamiento en sistemas complejos de misin crtica. Crear un lenguaje de modelado utilizado tanto por humanos como por mquinas. Mejor soporte a la planeacin y al control de proyectos. Alta reutilizacin y minimizacin de costos.
37
UML se caracteriza por: [RUMBAUGH, 2004] Ser un lenguaje grfico con una semntica bien definida que estandariza la modelacin durante el proceso de desarrollo del software para que sea legible por todo el equipo de proyecto y usuario. Construye modelos precisos, no ambiguos y completos. No es un lenguaje de programacin, pero sus modelos pueden transformarse en cdigo fuente, tablas o almacenamiento de objetos (Generacin directa del cdigo). Permite describir requerimientos, la arquitectura y modelar las pruebas a travs de artefactos que permiten documentar el proceso.
Es importante recalcar que slo se trata de una notacin, es decir, de una serie de reglas y recomendaciones para representar modelos. UML no es un proceso de desarrollo, no describe los pasos sistemticos a seguir para desarrollar el software. UML slo permite documentar y especificar los
elementos creados mediante un lenguaje comn describiendo modelos y es independiente de los mtodos de anlisis y diseo. Existen diferencias importantes entre un mtodo y un lenguaje de modelado. Un mtodo es una manera explcita de estructurar el pensamiento y las acciones de cada individuo. Adems, el mtodo le dice al usuario qu hacer, cmo hacerlo, cundo hacerlo y por qu hacerlo; mientras que el lenguaje de modelado carece de estas instrucciones. Los mtodos contienen modelos y esos modelos son utilizados para describir algo y comunicar los resultados del uso del mtodo.
II.5. Diseo de la interfaz de usuario Por las ventajas antes referidas para el diseo de la Interfaz de Usuario de GeoVar se emplearon algunos de los artefactos del Lenguaje de Modelado Unificado, utilizando para crearlos la herramienta CASE (Computer Assisted Software Engineering) Rational Rose que ayuda a establecer una trazabilidad real entre el modelo (anlisis y diseo) y el cdigo ejecutable;
38 facilita el desarrollo de un proceso cooperativo en el que todos los agentes tienen sus propias vistas de informacin (vista de Casos de Uso, vista Lgica, vista de Componentes y vista de Despliegue), pero comparten un mismo modelo a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto [Jacobson, 2000]. En el diseo de GeoVar se utilizaron especficamente vistas lgicas para representar las funcionalidades a realizar por el sistema y los usuarios interesados en ellas emplendose los conceptos de: Actores: elementos que interactan con la aplicacin ya sea un humano, un software o hardware. Casos de usos: agrupacin de fragmentos de funcionalidad que el sistema ofrece para aportar un resultado de valor para los actores. Diagrama de Caso de Uso: modela la funcionalidad del sistema agrupndola en descripciones de acciones ejecutadas por un sistema para obtener un resultado. En la modelacin de GeoVar se separaron las funcionalidades por paquetes como se puede ver en la Figura II.1 de este captulo, especificndose luego los diagramas de casos de uso correspondientes a cada paquete. Cada caso considerado crtico para el usuario se describe textualmente
apoyndonos en la interfaz-usuario. Otro artefacto utilizado fue el de Diagrama de Clases Persistentes o Modelo Conceptual a partir del cual se gener luego el Modelo Lgico de los Datos. II.6. Diseo de la navegacin en GeoVar. En el sistema, el usuario puede navegar por el Men Principal o por la barra herramientas. En cada una de los prototipos de interfaz se activan las opciones del men que son posibles realizar. Por ejemplo, en la interfaz inicial del sistema (Ver anexo 1) ntese cmo aparecen desactivadas las opciones de edicin (M2), Ver (M3), as como las opciones de men Cerrar, Guardar, Guardar como, imprimir, Estadstica Bsica, Mapa Base, Mapa Base Proporcional y Variograma, pues los mismas solo se pueden generar si se abre un estudio determinado.
39 Las opciones del Men Principal corresponden con los Casos de Uso del sistema, el usuario podr acceder a todas ellas solamente en el momento que este abierto un estudio determinado.
Cuando el usuario ingresa al sistema solo puede interactuar con cinco opciones de Men: Nuevo, Abrir, Salir, Ajuste de Variograma y la ayuda en lnea que esta presente durante todo el programa. A partir de aqu se activan las dems opciones cuando se abre o se crea un nuevo estudio, se pueden realizar una serie de modificaciones y cambios con respecto tanto a las variables como a las muestras, por ejemplo para ambas se puede insertar o eliminar una especfica o varias, cambiarle el nombre a una determinada variable y se puede con muchas facilidades desarrollar un anlisis a fondo que permitir al especialista lograr una buen conocimiento en cuanto a la localizacin, dispersin, variabilidad y correlacin espacial de las variables estudiadas, entre otras, del terreno donde se extrajeron las muestras.
As sucesivamente el sistema va poniendo a disposicin del usuario las acciones que son posibles realizar de acuerdo a la interfaz en se encuentre.
40 CAPTULO III: IMPLEMENTACIN DE GEOVAR III.1. Introduccin Elegir una herramienta para la implementacin de un sistema es una tarea a la que debemos prestarle especial atencin, debemos asegurarnos de que nuestra eleccin sea la ms apropiada para dar cumplimiento a los requerimientos funcionales planteados en el captulo II.
GeoVar es bsicamente una aplicacin destinada al anlisis geoestadstio conteniendo como principal caracterstica la muestra visual del
comportamiento de la correlacin y la variabilidad espacial, cuyos objetivos estn centrados en lograr una interfaz amigable para el especialista, que sea capaz de cumplir con los requerimientos y dar respuesta en el menor tiempo posible. Por la buena preparacin para la creacin de grficas que tienen Delhi, C++ Builder, C# y las libreras grficas de NetBeans 6.0, se podra elegir cualquiera de ellos.
III.2. Caractersticas de NetBeans 6.0 NetBeans es un Entorno de Desarrollo Integrado (IDE) gratuito contrario de todos los mencionados anteriormente, de cdigo abierto para
desarrolladores de software. Puede obtener todas las herramientas que necesite para crear aplicaciones profesionales para el escritorio, la empresa, la Web y equipos mviles con el lenguaje Java, C/C++, y Ruby. NetBeans es fcil de instalar y de uso instantneo y se ejecuta en varias plataformas incluyendo Windows, Linux y Mac OS X y Solaris [Jaln, 1999].
Teniendo en cuenta esta caracterizacin se realiz un estudio ms amplio sobre Java resultando que: Es una herramienta de desarrollo rpida para crear aplicaciones profesionales de escritorio (sin mencionar que tambin se pueden crear con bastante facilidad aplicaciones productivas para la Web y el desarrollo de Bases de Datos).
41 Posee un entorno de desarrollo integrado para Windows (IDE), con caractersticas de programacin visual. Esto significa que la mayor parte del programa se hace grficamente con el mouse o interactuando con los objetos en tiempo de diseo sin necesidad de compilar cada vez para ver los resultados, ahorrando tiempo y esfuerzo. Dispone de Java, un lenguaje de programacin muy poderoso que est sin dudas a la altura del C++. El editor de NetBeans soporta varios lenguajes, incluyendo Java, Ruby, C / C + +, XML, HTML, RHTML, PHP, Groovy, Javadoc, JavaScript y JSP. Aspectos nuevos de este en relacin a sus predecesores es el Swing Application Framework simplifica el manejo del ciclo de vida de la aplicacin, acciones y recursos. Aproveche el cdigo de generacin de herramientas y mdulos, y el desarrollo de pequeas y medianas aplicaciones de escritorio ms rpido que nunca. Las aplicaciones terminadas quedan disponibles como archivos ejecutables sobre la Mquina Virtual de java (.jar) donde pueden ser ejecutados en una amplia gama de plataformas. Incluye entorno de Programacin Orientada a Objetos verdadera, permitiendo:
encapsulamiento, herencia y polimorfismo y no posee la herencia mltiple de donde muchos especialistas plantean que una buena programacin no necesita de la herencia mltiple. Tratamiento de errores mediante excepciones, lo que impide el tpico error de programa que nos echa fuera. Es una herramienta de dos direcciones, porque permite crear el desarrollo de programas de dos formas: una de forma visual en la pantalla, por medio de las funciones de Drag & Drop (Arrastrar y colocar) y la otra a travs de la programacin convencional, escribiendo el cdigo. Ambas tcnicas pueden utilizarse de forma alternativa o simultnea. La programacin se hace ms intuitiva y sencilla con el uso de componentes.
42
NetBeans puede ser instalado en un ordenador que tenga los siguientes requerimientos de hardware: Sistema Operativo Espacio disco duro Windows 2000, Windows XP, Windows NT4 con SP6, Windows 98 2da edicin. 125Mb Pentium Mhz 256 MB RAM III 500 en Procesador y RAM
Red Hat Linux 7.2 Sun Linux 5.0
125Mb
Pentium Mhz
III
500
256 MB RAM
Solaris 8, Solaris 9 Entorno Operativo (64-bit, SPARC platform)
125Mb
Ultra
10,
333
MHz, 256 MB RAM
Las razones por las cuales se eligi NetBeans para la implementacin del sistema y el diseo de la interfaz de usuario fueron:
Cuenta
con
caractersticas
suficientes
para
cubrir
con
los
requerimientos exigidos a cumplir por el sistema, permitiendo realizar actualizaciones y validaciones, as como para la obtencin de las grficas para su posterior anlisis. Los requerimientos de hardware que necesita para su
funcionamiento son mnimos, garantizando as que el sistema
43 funcione adecuadamente en las mquinas en que pueda ser instalado en cada una de las Empresas Geoestadsticas. Existe abundante bibliografa con respecto a Java lo que permite profundizar en su conocimiento y una mejor utilizacin de sus herramientas para el desarrollo de un sistema. Es gratuito, de cdigo abierto para desarrolladores de software, tambin es multiplataforma, es decir, que los productos compilados en el podrn ser ejecutados no solamente en Windows sino en otros Sistemas Operativos (OS). El desarrollador del sistema cuenta con cierta experiencia y conocimientos de la herramienta de programacin NetBeans. III.3. Caractersticas de JfreeChart 1.0.4 A continuacin se destacan Algunas caractersticas de la librera grfica JFreeChart 1.0.4:
Es una herramienta de desarrollo rpida para crear grficas profesionales. Es una biblioteca grfica gratuita para Java (tm) plataforma. Est diseado para uso en aplicaciones, applets, servlets y JSP. JFreeChart se distribuye con cdigo fuente completo sujeto a los trminos de la GNU Lesser General Public License, que permite JFreeChart para ser utilizado en la propiedad o aplicaciones de software libre.
JFreeChart puede generar grficos circulares, grficos de barras (regular y apiladas, con un efecto 3D opcional),
lnea de tablas, grficos de dispersin, grficos de series temporales (incluidos los promedios mviles de alto-bajo-abierto-cerrar, las cartas, parcelas y vela), diagramas de Gantt, grficos metros (marcar, brjula y termmetro), smbolo de las cartas, parcelas de viento, combinacin de cartas y mucho ms. Las razones por las cuales se eligi JfreeChart como librera grfica para la implementacin del sistema fueron:
44
Cuenta
con
caractersticas
suficientes
para
cubrir
con
los
requerimientos exigidos a cumplir por el sistema con respecto a la obtencin de las grficas para su posterior anlisis. Los requerimientos de hardware que necesita para su
funcionamiento son mnimos, garantizando as que el sistema funcione adecuadamente en las mquinas en que pueda ser instalado en cada una de las Empresas Geoestadsticas. Aunque la bibliografa existente es privada existe ya en Internet personas las cuales se han puesto a estudiar el cdigo fuente de esta librera y han publicado manuales para su uso. El desarrollador del sistema cuenta con cierta experiencia y conocimientos de JFreeChart 1.0.4.
A continuacin se destacan con ejemplos concretos algunas de las caractersticas fundamentales empleadas de la herramienta NetBeans con JfreeChart 1.0.4 para la implementacin de la interfaz de usuario as como de todas las grficas mostradas en el sistema.
En este sistema se utilizo el componente JTable. Un JTable es un componente visual de java que nos permite dibujar una tabla, de forma que en cada fila/columna de la tabla podamos poner el dato que queramos; un nombre, un apellido, una edad, un nmero, etc.
Como muchos componentes de java, se ha seguido una separacin modelo-vista. La vista es el componente visual que vemos en pantalla, el modelo es una clase que contiene los datos que luego se vern en pantalla. El modelo de datos nicamente contiene los datos, no sabe nada de quin va a visualizar los datos ni como.
Aparte de usar otros constructores que hay en JTable, una de las formas ms rpidas y sencillas de utilizar un JTable teniendo toda su funcionalidad, consiste en instanciar como modelo de datos un DefaultTableModel y
45 luego un JTable, pasndole el modelo en el constructor. En el sistema se utilizo as: DefaultTableModel JModeloFormato = new DefaultTableModel();
JTable tabla = new JTable (JModeloFormato); A partir de ahora todo se maneja con el modelo. En cuanto aadamos, borremos o cambiemos datos del modelo, el JTable se enterar y actualizar automticamente. El DefaultTableModel tiene todos los mtodos necesarios para modificar datos en su interior, aadir filas o columnas y darle a cada columna el nombre que queramos y dentro de los que se utilizaron en el sistema estn:
public
void
addTableModelListener Class getColumnClass int getColumnName int getValueAt (int
(TableModelListener (int columIndex)
l)
{...} {...} {...} {...} {...} {...}
public
public public String public public Object
getColumnCount() (int columnIndex)
getRowCount() rowIndex, int columnIndex)
public boolean isCellEditable (int rowIndex, int columnIndex) {...} public void removeTableModelListener (TableModelListener l) {...} public void setValueAt (Object aValue, int rowIndex, int columnIndex).
Hay bsicamente tres tipos de mtodos: Mtodos para manejo de suscriptores al modelo. Un suscriptor es cualquier clase que quiera enterarse de cambios en los datos del modelo. El JTable es un ejemplo claro. El JTable se suscribe a cambios de datos en el modelo y de esta forma, en cuanto cambiemos datos en el modelo, el JTable se entera y se repinta automticamente la pantalla. En este grupo estn los y
mtodos addTableModelListener() removeTableModelListener()
Mtodos para manejo de datos. Permiten obtener y cambiar datos dentro de la tabla. Son los mtodos getValueAt () y setValueAt ().
46 El resto son mtodos para obtener informacin de la tabla en s misma, como nmero de filas, nmero de columnas, si una filacolumna es o no editable, nombre de la columna, etc.
Otro aspecto importante a resaltar en las clases que heredan de DefaultTableModel es la forma en que avisan a sus subscriptores al hacer algn cambio en el modelo como se muestran en los siguientes fragmentos de cdigo:
public void eliminar_fila(int fila) { gtxt.get_muestras().remove(fila); for(int i=0 ; i
