SUPERVISIÓN DE CONTAMINANTES DEL CLIMA URBANO EN …

DÉCIMA COMPETENCIA DE PROYECTOS ACADÉMICOS

Facultad de Ingeniería Industrial Universidad de Guayaquil

29 de septiembre al 1 de octubre del 2020

VIII Jornadas de Ciencia, Tecnología y Sociedad

Décima Competencia de Proyectos Académicos http://www.fi.ug.edu.ec/

https://gifii.wordpress.com/

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SUPERVISIÓN DE CONTAMINANTES DEL CLIMA URBANO EN GUAYAQUIL

BASADA EN IOT UTILIZANDO UNA APLICACIÓN DISTRIBUIDA.

Alisson Pilozo1, Sergio Prias2, Franklin Campoverde3

(1) Carrera de Sistemas, Facultad de Industrial, Universidad de Guayaquil. Email de contacto: [email protected]

Resumen.

En el presente documento se realiza el diseño de un sistema de gestión escalable y tolerante a fallos para proporcionar datos sobre los contaminantes del clima urbanos, siendo la contaminación del aire

una de las principales causas de mortalidad en el mundo, en este proyecto utilizamos IOT integrada para comunicarnos entre maquinas, se usa Raspberry pi para datos en la red mediante WI-FI. Dado que en una ciudad podrían existir miles de sensores generando una gran cantidad de información en el

tiempo se requiere de una arquitectura de software distribuida. Hemos evidenciado que el patrón publicador/subscriptor con el adecuado en términos de escalabilidad, Además se ha desarrollado una

API y una página web para la visualización de datos.

Palabras Claves. Internet de las cosas (IoT), sensores, Raspberry pi, Python.

1. INTRODUCCIÓN

La vulnerabilidad y adaptación del clima en Guayaquil está y estará sometida a alteraciones

asociadas a los cambios del clima y sus efectos, que constituyen una problemática para esta ciudad, lo cual este proyecto está orientado a reducir la vulnerabilidad de la ciudad frente a las enfermedades

que se pueden atravesar si no hay un pare ante la situación.

Las variables para medir se detectarán mediante los datos que emitirán los sensores en

ciertos puntos de la ciudad con más entrada de humedad, intensidad de luz, sonido y calor, el sensor es un tipo de sistema que detecta cierta retroalimentación obtenida del entorno físico y luego

responde en consecuencia. Por otra parte, con el potencial de IOT que hace la interconexión con Raspberry pi que usa

dispositivos conectados a internet, al momento de tener un informe en tiempo real de las condiciones a la que nos afrontamos con el clima, es recomendado y diseñado para promover

personas una calidad de vida digna, un entorno seguro y saludable. La calidad de vida resultante, un medio ambiente seguro y saludable, Como su arquitectura es escalable y tolerante a fallos, rabbitmq, api, base de datos nosql.

Aquí programamos un lenguaje Python junto con una serie de sensores que, en su conjunto,

permiten que los datos nos ayuden a rastrear y crear conciencia sobre el cambio climático.

mailto:[email protected]







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2. OBJETIVOS

General

• Desarrollar un prototipo de una aplicación distribuida para la supervisión de los contaminantes del clima urbano en la ciudad de Guayaquil

Específicos

• Analizar con el sensor del sistema que detecta cierta retroalimentación obtenida del entorno físico y luego responde en consecuencia se podrá obtener información como calor, luz, temperatura, etc.

• Diseñar una arquitectura destruida con el patrón publicador-subscriptor para saber el estado de contaminación del aire en la ciudad de guayaquil.

• Determinar que la aplicación sea distribuida, es decir que será recurrente y varias personas podrán tener acceso a esta desde cualesquiera dispositivos que ellos tengan deseen entrar.

• Evaluar los resultados del prototipo en las muestras que se obtendrán de los sensores de calidad del aire.

3. MARCO TEÓRICO

El estudio de un diseño de un sistema de gestión para el clima urbano se ha buscado comprenderse desde distintas teorías, para comprender cada una de ella, primeramente, será importante definir algunos temas en los cuales se encuentra los tipos de Arquitecturas y

metodologías, patrones de diseño.

3.1 Contaminación Presencia de sustancias nocivas, perjudiciales o molestas en un recurso natural como el aire, el

agua y los suelos, sin que el medio los pueda absorber o regenerar por sí mismo, y colocadas allí por

la acción del hombre, o por los procesos naturales temporales, en tal calidad y cantidad que pueden interferir la salud y el bienestar de los hombres, los animales y a las plantas. Desde el punto de vista de salud pública, la contaminación del medio ambiente es tratada cuando puede afectar la salud y la

calidad de vida de las personas que viven y trabajan cerca o en lugares focos de contaminación. (Fraume,2008.)

3.2 Contaminación ambiental

La contaminación del aire urbano es un problema de salud pública que afecta sobre todo a niños y adultos mayores; se asocia con: asma, irritación ocular, cefalea, enfermedades cardiovasculares,

cáncer de pulmón. Con el objetivo de conocer la calidad de aire de la ciudad de Cuenca y sus posibles efectos en la salud, se analizan los datos reportados por la Red de Monitoreo del Municipio,

la guía de la OMS, la Norma de Calidad de Aire Ambiente del Ecuador, las estadísticas de mortalidad y las evidencias científicas sobre efectos en la salud. (Palacios, 2014)

3.3 La internet de las cosas

En la actualidad se está implementado dispositivo conectado al IoT, indica una secuencia de ideas

basadas en la comunicación a través de redes o plataformas en la nube, Sin embargo, la influencia de diferentes mercados tecnológicos está permitiendo que la calidad del clima urbano debería de proporcionar un alto valor añadido, a través de herramientas de ayuda a la detección o gestión de sus







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explotaciones más eficientes. Para ello, se analizarán las primeras incursiones del Internet de las Cosas en el sector de la ciudad de Guayaquil, permitiendo conectar sensores para monitorizar y controlarlos de manera inteligente. (Silvestre, 2016)

3.4Modelo de comunicación publicador/suscriptor El modelo publicador/suscriptor está especialmente pensado para situaciones de comunicación

en grupo, es decir, situaciones donde un mensaje (o notificación) es enviado por una única entidad y es requerido por, o distribuido para, múltiples entidades. Generalmente es utilizado para la diseminación de información de manera cómoda y eficiente entre distintos elementos de un mismo

grupo. (Ilustración 1)

3.5 RabbitMQ

Es un software de negociación de mensajes de código abierto que funciona como un middleware de mensajería. Implementa el estándar Advanced Message Queuing Protocol (AMQP). El servidor

RabbitMQ está escrito en Erlang y utiliza el framework Open Telecom Platform (OTP) para construir sus capacidades de ejecución distribuida y conmutación ante errores. (Videla & Williams,

2012)

3.6 Python

Python es un lenguaje de programación interpretado cuya filosofía hace hincapié en la legibilidad de su código. Se trata de un lenguaje de programación multiparadigma, ya que soporta parcialmente

la orientación a objetos, programación imperativa y, en menor medida, programación funcional. Es un lenguaje interpretado, dinámico y multiplataforma. (Challenger-Pérez, Díaz-Ricardo, & Becerra-García, 2014)

3.7 Tablero Raspberry Pi:

• Raspberry Pi 3 Model B es un dispositivo de 85 * 56 mm.

• Pertenece a la tercera generación RaspberryPiwithA

• Procesador RMv7.

• Esta potente computadora de placa única tiene más aplicaciones que Raspberry Pi Modelo B + y RaspberryPi2Model B. Wireless LAN y Blue.

La conectividad de los dientes hace que este modelo sea más ideal para diseños. Consiste en el chipset BCM2387, 1.2GHz Cuatro núcleos CortezaA53,1GB RAM, CPU de 64 bits, LAN inalámbrica

802.11bgn y Bluetooth 4.1, 4 puertos USB, HDMI de tamaño completo, puerto microSD para cargar su sistema operativo y almacenar datos, 4 polos Estéreo salida y Video port compuesto, micro USB power. (Espejo Muñoz)







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4. METODOLOGÍA

4.1 Kanban

Es una de las metodologías que se adopta para tener una perspectiva visual, es un gran funcionamiento para tener planeado los procesos y requerimientos en la realización de la API que va

a tener relevancia con el clima urbano y lo más importante tener un seguimiento de las tareas. (Ilustración 3).

5. ARQUITECTURA

Esta arquitectura cumple con la función gracias a la conexión por wifi de Raspberry pi en la cual los dispositivos Iot como una página web o un dispositivo móvil, tendrá resultados de sensores lo cual

enviará mensajes mediante rabbit CloudAMQP tiene una experiencia de operación sin igual de una amplia variedad de clientes de todo el mundo que cuentan con soporte 24/7. (Ilustración 2)

6. DISEÑO DE ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE GESTIÓN

6.1 Arquitectura 4+1

La arquitectura 4+1 permite detallar la arquitectura del sistema de gestión del clima urbanos, utilizando múltiples vistas permitiendo analizar y describir el sistema desde diferentes puntos de vista.

(Ilustración 4)

En este diagrama se muestra la iteración entre usuario y sistema, cuando el usuario desea registrar,

consultar, modificar y eliminar la información de los sensores.

GESTIÓN DE SENSORES.







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GESTIÓN DEL CLIMA URBANO

En este diagrama se muestra la iteración del usuario, sensor del clima y sistema, cuando el usuario

desea ver temperatura actual y el historial de datos del clima en tiempos pasados.

DIAGRAMA DE CLASE







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ARQUITECTURA DE PUBLICACIÓN/ SUSCRIPCIÓN.

Publicado

r

Suscripto

r

. Ingreso de Datos

del

clima . Solicitud del clima

3

. Consulta del clima

. Clima consultado

. Presentación de

datos del clima

. Revisión de datos del clima

. Me interesa esos

datos del clima

. Solicitud de

información

. Consulta de

información

1

0

.

I

información

Encontrada

1

1

. Presentación de

información







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DIAGRAMA DE COMUNICACIÓN DE GESTIÓN DE SENSORES

En este diagrama se muestra la comunicación de usuario y sistema con respecto al

CRUD (Crear, consultar, Modificar y Eliminar los sensores.

DIAGRAMA DE VISTA FÍSICA







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DIAGRAMA DE PAQUETE GESTIÓN DE SENSORES.

DIAGRAMA DE ACTIVIDADES GESTIÓN DE SENSORES

USUARIO SENSOR

Usuario Controlado

r

SensoresContr

request

Response







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7. SENSORES

8. Resultado

9. Conclusión

Guayaquil es la ciudad más poblada de Ecuador, al ser la más poblada es una ciudad con muchos tipos de transporte y se generan problemas muchas veces en el clima.

Además de en sí de la ubicación de nuestro país donde el clima es muy variado y difícil de predecir, a través de la utilización de estos sensores se ha tratado de poder prevenir para no estar a ciegas y saber

qué es lo que nos espera en cuanto al clima se refiere. Cada sensor tiene su característica específica y una funcionalidad distinta las cuales ya hemos

revisado una por una a lo largo del artículo, pero todos tienen el mismo objetivo que es poder predecir

a tiempo. Incluso también en una etapa actual, es decir, los sensores reaccionan al comportamiento que está

en el entorno en donde estos están ubicados.

SENSORES

MQ 135

(CO SENSOR)

GRADO FAHRENHEIT

GRADO CENTÍGRADOS

MQ 7

(AIR QUALITY)

DTH 22

(TEMPERATURE HUMIDITY SENSOR)

BMP280

(PRESSURE SENSOR)

BH1750

(LIGHT SENSOR)

TIEMPO REAL EN

GUAYAS, Guayaquil

Contaminación baja

Grados Unidades Presión Viento







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10. Bibliografía

[1] Fuentes de contaminación del aire, INECC (Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático).

http://www.inecc.gob.mx/calaire-informacion-basica/537-calaire-fuentes#2. Último acceso: enero 2016.

[2] El portal profesional del medio ambiente. http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/energia/Cultivos_energeticos.asp. Último acceso: enero 2016.

[3] Clic Renovables, SL. Energía renovable y medio ambiente. Web de referencia dirigida a un público

amplio y que facilita el contacto entre usuarios y profesionales del sector. http://www.clickrenovables.com/energias-renovables/biomasa/informacion-general/1. Último acceso: enero 2016.

[4] Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Lección 7: fuentes de contaminantes atmosféricos. http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358007/Contenido_en_linea_Caraterizacion/leccin_7_fuentes

_de_contaminantes_atmosfricos_fuentes_mviles_fijas_puntuales_y_de_rea.html. Último acceso: enero 2016 [5]Ecodesarrollo - Energías renovables no convencionales. Biomasa: Origen y clasificación.

http://ecodesarrollo.cl/portal1/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=54. Último acceso: enero 2016.

11. Referencias

Challenger-Pérez, I., Díaz-Ricardo, Y., & Becerra-García, R. A. (2014). El lenguaje de programación

Python/The programming language Python. Espejo Muñoz, Á. (2019). Diseño de servidor para sistemas distribuidos sobre dispositivos Raspberry

Pi. Palacios, E. (2014). Contaminación del aire exterior Cuenca - Ecuador. Posibles efectos en la salud. Silvestre, J. S. (2016). Internet de las cosas. INTERNET DE LAS COSAS.

Videla, A., & Williams, J. J. (2012). RabbitMQ in action : distributed messaging for everyone.

http://www.inecc.gob.mx/calaire-informacion-basica/537-calaire-fuentes#2

http://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/energia/Cultivos_energeticos.asp

http://www.clickrenovables.com/energias-renovables/biomasa/informacion-general/1

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358007/Contenido_en_linea_Caraterizacion/leccin_7_fuentes_de_contaminantes_atmosfricos_fuentes_mviles_fijas_puntuales_y_de_rea.html

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358007/Contenido_en_linea_Caraterizacion/leccin_7_fuentes_de_contaminantes_atmosfricos_fuentes_mviles_fijas_puntuales_y_de_rea.html

http://ecodesarrollo.cl/portal1/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=54







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12. Anexos

Ilustración 2 Arquitectura Rabbit

Ilustración 3Metodología Kanban







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Ilustración 1 comunicación publicador/suscriptor

Ilustración 4 Arquitectura 4+1







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Ilustración 5 Instancia Rabbit

Ilustración 6 Configuración Rabbit

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