Sistema Distribuido de Detección de Sismos Usando una Red de Sensores Inalámbrica para Alerta Temprana

El detectar eventos disruptivos usando sensores COTS como los utilizados en smartphones representa un gran desafío pero también una oportunidad interesante. En este artículo se presenta una arquitectura de sistema de tiempo real crítico, jerárquica y distribuida, que hace uso de smartphones que actúan como sensores a través de una aplicación de bajo consumo de energía que convierte a sus acelerómetros en acelerógrafos. Los smartphones desplegados forman una red de sensores que detecta, analiza y notifica un pico sísmico. El sistema optimiza cálculos distribuidos y capacidades de comunicación en smartphones para proveer tiempo extra para alertas tempranas en escenarios de desastre de tipo sísmico, aunque puede ser empleada como solución a otros desastres naturales. Se propone una solución innovadora de bajo coste que realiza análisis tanto espaciales como temporales, no presentes en otros trabajos, lo cual lo hace más preciso y personalizable permitiendo adaptarse a las características geográficas de la zona, de red, y recursos tanto humanos como monetarios. La arquitectura ha sido validada mediante una extensa evaluación, consiguiendo como resultado notificaciones tempranas que adelantan en decenas de segundos el pico máximo del sismo en la zona del epicentro y aún más para zonas más alejadas; y la considerable reducción de falsas alarmas. Adicionalmente la arquitectura propuesta incluye una administración post-evento que mejora la capacidad operativa, logística y de telecomunicaciones desde un solo nivel central, y al mismo tiempo, mantiene al usuario informado de centros de refugios cercanos, mejores rutas, rutas seguras para una mejor decisión.Zambrano Vizuete, AM.; Pérez Llopis, I.; Palau Salvador, CE.; Esteve Domingo, M. (2015). Sistema Distribuido de Detección de Sismos Usando una Red de Sensores Inalámbrica para Alerta Temprana. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI. 12(3):260-269. doi:10.1016/j.riai.2015.06.00226026912

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DISTRIBUIDO PARA GESTIÓN DE EMERGENCIAS SÍSMICAS

[EN] This thesis project has a different and innovative approach to detect seismic events in real time gaining knowledge of the community through a hierarchical architecture in 3 layers: The first layer, a low-cost distributed network which takes advantage of the current huge trend; the smartphone; a multi-sensor, multi-network, multi-task device embedded into a small processing computer able to be reprogrammed, for example, in an "accelerograph" through an efficient in precision and power consumption Android application. The second layer called Intermediate Server, corresponds to a computer with sufficient hardware to handle incoming messages from users of the first layer and deduce on these samples, if a seismic peak has occurred, and if appropriate, notify in real-time to the users (smartphones) gaining extra time in making a better decision involving harm reduction, as well as economic and structural losses, and most importantly human lives losses. It considers spatial and temporal analyzes obtaining a customizable server to the specific characteristics of the area. Finally, the third layer called the Control Center is the place where all the information from the lower levels makes sense, being the leader in the post-event emergency management; it can extend to a bidirectional help: first, users (smartphones) attend to Control Center with multimedia information from their environment (comments, videos and images) thus achieving an overview of the disaster in order to efficiently manage the various aid-centers; and second, it assists users through their own smartphones, with information that a particular user unknown but the Control Center knows by other users: roads destroyed, landslides, roads offline support centers, places of danger, etc.). All validated through an extensive evaluation of each layer through seismic data obtained from the National Geophysical Institute of the National Polytechnic School in Ecuador (IGEPN), data which part of this research is based; obtaining promising and relevant results alerting until 12 seconds ahead at the epicenter, reducing false positives and this time could be increased by further afield.[ES] Este proyecto de Tesis presenta una diferente e innovadora pro-puesta para detectar eventos sísmicos en tiempo real obteniendo conocimiento de la comunidad mediante una arquitectura jerárquica en 3 capas: La primera capa, una red de sensores de bajo costo distribuida que aprovecha el gran boom electrónico actual, el smartphone; un equipo multi-sensor, multi-red, multi-procesamiento dentro de un pequeño ordenador capaz de ser reprogramado convirtiéndolo por ejemplo, en un "acelerógrafo" por medio de una aplicación en Android eficiente en precisión y consumo de energía. La segunda capa llamada Servidor Intermedio, corresponde a un ordenador con las capacidades suficientes para gestionar la llegada de mensajes provenientes de usuarios de la primera capa y deducir con estas muestras, si ha existido un pico sísmico o no, y si es el caso, notificar en tiempo real a los usuarios (smartphones) ganando tiempo extra en la toma de una mejor decisión que implique la reducción de daños y pérdidas tanto económicas, estructurales y lo más importante, vidas humanas. Este considera análisis tanto espaciales como temporales obteniendo un servidor personalizable a las características específicas de la zona. Por último, la tercera capa llamada el Centro de Control es el lugar donde toda la información de los niveles inferiores toma sentido siendo el líder en la gestión post-evento de la emergencia; permite extender a una ayuda bidireccional: primero cada smartphone asiste a éste con información multimedia de su entorno (comentarios, videos e imágenes) logrando así una visión global del desastre, y con esta, gestionar eficientemente a los diferentes cuerpos de ayuda; y segundo asistir a los usuarios por medio de su smartphone con información que un usuario en particular desconoce y que el Centro de Control conoce por otros usuarios: Carreteras destruidas, deslaves, caminos sin conexión, centros de apoyo, lugares de peligro, etc.). Todo validado mediante una extensa evaluación de cada una de las capas con información sísmica obtenida del Instituto Geofísico Nacional de la Escuela Politécnica Nacional del Ecuador (IGEPN), lugar donde se basa parte de esta investigación, obteniendo prometedores y relevantes resultados alertando hasta con 12 segundos de antelación en el lugar del epicentro, reduciendo los falsos positivos, y pudiendo incrementar este tiempo en lugares más alejados.[CA] Aquest projecte de Tesi presenta una diferent i innovadora proposta per a detectar esdeveniments sísmics en temps real obtenint coneixement de la comunitat mitjançant una arquitectura jeràrquica en 3 capes: La primera capa, una xarxa de sensors de baix cost distribuïda que aprofita el gran boom electrònic actual, el l' smartphone; un equip multi-sensor, multi-xarxa, multi-processament dins d'un petit ordinador capaç de ser reprogramat convertint-ho per exemple, en un accelerògraf per mitjà d'una aplicació en Android eficient en precisió i consum d'energia. La segona capa anomenada Servidor Intermedi, correspon a un ordinador amb les capacitats suficients per a gestionar l'arribada de missatges provinents d'usuaris de la primera capa i deduir amb aquestes mostres, si ha existit un pic sísmic o no, i si és el cas, notificar en temps real als usuaris (smartphones) guanyant temps extra en la presa d'una millor decisió que implique la reducció de danys i pèrdues tant econòmiques, estructurals i el més important, vides humanes; aquest considera anàlisi tant espacials com a temporals obtenint un servidor personalitzable a les característiques específiques de la zona. Finalment, la tercera capa anomenada el Centre de Control és el lloc on tota l'informació dels nivells inferiors pren sentit sent el líder en la gestió post-esdeveniment de l'emergència; permet estendre a una ajuda bidireccional, primer cada smartphone assisteix a aquest amb l'informació multimèdia del seu entorn (comentaris, videos i imatges) aconseguint així una visió global del desastre i amb aquesta, gestionar eficientment als diferents cossos d'ajuda; i posteriorment assistir als usuaris per mitjà del seu smartphone amb informació que un usuari en particular desconeix i que el Centre de Control coneix per altres usuaris: Carreteres destruïdes, esllavissades, camins sense connexió, centres de suport, llocs de perill, etc.). Tot validat mitjançant una extensa avaluació de cadascuna de les capes amb informació sísmica obtinguda de l'Institut Geofísic Nacional de l'Escola Politècnica Nacional de l'Equador (IGEPN), lloc on es basa part d'aquesta recerca, obtenint prometedors i rellevants resultats alertant fins a amb 12 segons d'antelació en el lloc de l'epicentre, reduint els falsos positius i podent incrementar-se en llocs més allunyats.Zambrano Vizuete, AM. (2015). ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DISTRIBUIDO PARA GESTIÓN DE EMERGENCIAS SÍSMICAS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/56002TESI