Documento Técnico: Definición de los Requisitos de Software

Autores

PhD ©. Eliana Lizeth Vergara Vasquéz. Apoyo territorial del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

PhD ©. Fredy Arid Tovar Bernal. Apoyo territorial del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

Ing. Paula Jiménez Arismendy. Apoyo científico del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

Mg. Luis José Castrillo Fernández. Asistente técnico en desarrollo de software del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

PhD. Miguel Enrique Iglesias Martínez. Director de transferencia de conocimiento y tecnología del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – ENERGESIS.

Mg. Cesar Enrique Polo Castro. Líder de desarrollo de software del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

Esp. Andrea Carolina Jiménez Pérez. Apoyo científico del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

PhD. Luis Leonardo Camargo Ariza. Docente tiempo completo – Universidad del Magdalena.

Revisado por:

Esp. María José Castillo Viana. Apoyo territorial del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

PhD. John Alexander Taborda Giraldo. Director del Proyecto Hub Ambiental del Caribe – Universidad del Magdalena.

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📌 Edición Preprint – 27 de febrero de 2025 Este documento ha sido publicado en formato preprint como parte de la iniciativa de Ciencia Abierta del Hub Ambiental del Caribe.

💡 Licencia Creative Commons

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🔗 Las obras derivadas deben mantenerse bajo la misma licencia.

Al utilizar este documento, se debe otorgar el crédito correspondiente a los autores y al Hub Ambiental del Caribe, incluyendo un enlace a esta licencia e indicando si se han realizado cambios.

📍 Publicación desarrollada por la Universidad del Magdalena en el marco del proyecto financiado por el Fondo CTeI del Sistema General de Regalías, identificado con el BPIN 2023000100072 – HUB AMBIENTAL DEL CARIBE “Implementación de una plataforma de datos abiertos basada en AIoT para el análisis y gestión de riesgos ambientales y climáticos en el corredor minero de los municipios La Jagua de Ibirico, Albania, Algarrobo”.

📌 Más información sobre esta licencia en:

🔗 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es

📧 Contacto: hac@unimagdalena.edu.co

🌍 Web: https://hubambientaldelcaribe.co/

📍 Santa Marta, Colombia – 2025

Requisitos de Software

Como parte del desarrollo de la plataforma de datos abiertos basada en AIoT (Artificial Intelligence of Things) para el análisis y gestión de riesgos ambientales y climáticos en el corredor minero de los municipios La Jagua de Ibírico, Albania y Algarrobo, los requisitos de software deben cubrir múltiples aspectos, desde la infraestructura tecnológica hasta las herramientas de inteligencia artificial, gestión de datos y análisis predictivo de las variables a analizar durante todo el desarrollo del proyecto. A continuación, se detallan los componentes de software necesarios de manera general y con detalles específicos para con posterioridad seleccionar, la arquitectura global de software más adecuada para la implementación de la plataforma:

1. Sistema Operativo y Entorno Base
   • Sistema Operativo: Linux (Ubuntu, CentOS, etc.) o Windows.
     • Linux es preferido para la escalabilidad y flexibilidad en la gestión de grandes volúmenes de datos.
     • Contenedores: Soporte para Docker o Kubernetes para desplegar microservicios y gestionar cargas de trabajo.
2. Base de Datos y Almacenamiento de Datos
   • Base de datos relacional: PostgreSQL o MySQL.
     • Soporte para almacenar y gestionar datos estructurados relacionados con sensores, datos climáticos, y estudios ambientales.
   • Base de datos NoSQL: MongoDB, Cassandra, o Elasticsearch.
     • Adecuada para gestionar grandes volúmenes de datos no estructurados provenientes de dispositivos IoT.
   • Almacenamiento distribuido: Hadoop HDFS o Amazon S3 y Thingsboard (si se utiliza almacenamiento en nube).
     • Necesario para almacenar grandes volúmenes de datos crudos y procesados a largo plazo.
3. Gestión de Datos en Tiempo Real
   • Plataformas de procesamiento en tiempo real: Apache, Kafka o RabbitMQ.
     • Para la ingestión de datos de dispositivos IoT en tiempo real, necesarios para análisis inmediato y alertas climáticas.
   • Frameworks de análisis de streaming: Apache Spark con módulos como Spark Streaming o Flink.
     • Adecuado para procesar grandes volúmenes de datos en tiempo real con capacidades analíticas.
4. Infraestructura IoT
   • Protocolo de comunicación IoT: MQTT, CoAP o AMQP.
     • Para la transmisión eficiente de datos desde dispositivos IoT en ubicaciones remotas en el corredor minero.
   • Plataforma IoT: Azure IoT Hub, AWS IoT, o Google Cloud IoT Core, Thingsboard
     • Facilitan la conexión, monitoreo y control de dispositivos IoT desplegados en las áreas mineras para la recolección de datos en tiempo real.
5. Inteligencia Artificial y Machine Learning
   • Librerías y Frameworks de Machine Learning: TensorFlow, PyTorch, Scikit-learn.
     • Para desarrollar modelos de predicción climática y análisis de riesgos basados en datos históricos y en tiempo real.
   • Plataformas de desarrollo de IA: Azure Machine Learning, AWS SageMaker o Google AI Platform.
     • Permiten el desarrollo, entrenamiento y despliegue de modelos de inteligencia artificial escalables.
   • Plataformas para análisis predictivo y prescriptivo: IBM Watson Studio, H2O.ai.
     • Analizan riesgos futuros y generan modelos predictivos para la gestión de emergencias ambientales.
6. Interfaz de Visualización y Reportes
   • Herramientas de visualización de datos: Grafana, Kibana, Tableau, o Power BI.
     • Para la creación de dashboards en tiempo real y la visualización de métricas clave como niveles de contaminación, temperatura, humedad y otros factores ambientales.
   • API de visualización: D3.js o Plotly para visualizaciones interactivas.
     • Permite a los usuarios visualizar datos geoespaciales, mapas de calor y otros gráficos avanzados.
7. Componentes de Geolocalización y GIS
   • Sistemas de Información Geográfica (GIS): QGIS, ArcGIS, Google Maps API.
     • Para visualizar y analizar datos geoespaciales, lo que es crucial para entender los riesgos climáticos y ambientales en zonas específicas del corredor minero.
   • Almacenamiento de datos espaciales: PostGIS (extensión de PostgreSQL).
     • Necesario para realizar consultas geográficas avanzadas.
8. Seguridad de Datos
   • Autenticación y Autorización: OAuth 2.0, OpenID Connect o LDAP.
     • Garantiza que solo los usuarios autorizados puedan acceder y manipular la plataforma de datos abiertos.
   • Encriptación de datos: TLS/SSL para comunicaciones seguras entre los dispositivos IoT y la plataforma.
   • Cortafuegos de aplicaciones web (WAF): Protege contra ataques a la infraestructura web de la plataforma.
9. Plataformas en la Nube y Servicios de Escalabilidad
   • Proveedores de nube: AWS, Azure o Google Cloud, Thingsboards Cloud.
     • Soporte para servicios de computación, almacenamiento y análisis en la nube que pueden escalar según las necesidades de la plataforma.
   • Infraestructura como código: Terraform o Ansible.
     • Para automatizar la infraestructura y asegurar un despliegue ágil.
10. APIs para Datos Abiertos
    • Frameworks para APIs RESTful: Node.js con Express, Flask, Django.
      • Permite crear y exponer APIs para que terceros accedan a los datos abiertos.
    • Estándares de interoperabilidad: Open Data Protocol (OData), CKAN para la publicación de datos abiertos.
      • Facilita el acceso y la integración de datos con otros sistemas y plataformas.
11. Integración de Datos Meteorológicos y Climáticos
    • APIs de servicios climáticos: OpenWeatherMap, Weather API.
      • Para la integración de datos meteorológicos en tiempo real o históricos, útiles para analizar tendencias y riesgos climáticos.
12. Módulos de Gestión de Emergencias
    • Sistemas de notificaciones: Twilio, SendGrid.
      • Para alertar a las autoridades o al público en general sobre posibles riesgos ambientales y climáticos en tiempo real.
13. Mantenimiento y Monitoreo
    • Monitoreo del sistema: Prometheus, Nagios o Zabbix.
      • Para vigilar el estado de la plataforma, el rendimiento de los servidores y el tráfico de datos en tiempo real.
    • Gestión de logs: Elastic Stack (ELK), Fluentd o Logstash.
      • Necesario para recolectar, analizar y almacenar logs de eventos del sistema, lo que es crucial para el diagnóstico y resolución de problemas.
14. Colaboración y Gestión del Proyecto
    • Control de versiones: Git (con GitHub, GitLab o Bitbucket).
      • Para el manejo colaborativo del desarrollo de la plataforma, permitiendo el seguimiento y gestión de cambios.
    • Documentación de la API y la plataforma: Swagger, Redoc.
      • Para que los usuarios externos puedan entender y consumir las APIs de manera efectiva.

Todos estos requisitos mencionados con anterioridad deben implementarse de manera eficiente para cumplir con los objetivos del proyecto, asegurando que la plataforma sea capaz de gestionar grandes volúmenes de datos, realizar análisis en tiempo real, integrar dispositivos IoT y ofrecer visualizaciones claras y útiles para la toma de decisiones en la gestión de riesgos ambientales y climáticos.

Ejercicios Desarrollados para la Captura de Requisitos

La captura de requisitos de software es una fase crítica dentro del desarrollo del proyecto, A continuación, se explican en detalle los pasos o ejercicios que se deben realizar para asegurar una buena captura de requisitos:

Revisión de Documentación

El equipo técnico realizó la revisión de informes técnicos, estudios ambientales, normativas legales, especificaciones iniciales del cliente, plataformas utilizadas en Colombia para la presentación de datos ambientales entre otros.

Revisión de plataformas de datos de calidad del aire en Colombia

A continuación, se relacionan las páginas que reportan datos de calidad del aire en Colombia.

Subsistema de Información Sobre Calidad Del Aire (SISAIRE)

Es un sistema bajo ambiente Web que permite al IDEAM la captura y revisión constante de la información de calidad del aire o nivel de inmisión, meteorológica y de ruido que reportan las Corporaciones Autónomas Regionales, las Corporaciones para el Desarrollo Sostenible, las Autoridades Ambientales de los Grandes Centros Urbanos que operan Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire SVCA.

Este sistema de información permite:

• Recolectar información actualizada y analizada sobre calidad del aire, generada por los sistemas de Vigilancia de Calidad del Aire ¿SVCA que son operados por las Autoridades Ambientales Regionales y de Centros Urbanos, con el propósito de garantizar la disponibilidad y la calidad de la información ambiental y su consulta por los usuarios del sistema.
• Mantener la información al alcance de los ciudadanos y de las instituciones encargadas de la investigación en el tema ambiental.
• Consultar reportes de las mediciones de las Autoridades Ambientales Regionales y de Centros Urbanos de Colombia que cuentan con Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire.
• Analizar el consolidado histórico de las mediciones.
• Estudiar índices e indicadores (Índice Nacional de Calidad del Aire, Estados de Prevención, Alerta y Emergencia y Excedencias de las normas nacionales y regionales de calidad del aire).
• Conocer la información relacionada con la calidad del aire en el país, su ubicación y el tipo de equipos utilizados para su reporte.

Contaminnates que monitorean: En está página se visualizan los siguientes contaminantes: Material particulado PM~10~ y PM~2,5~ Dióxido de Azufre (SO~2~), Dióxido de Nitrógeno (NO~2~), Ozono troposférico (O~3~) y Monóxido de Carbono (CO).

Presentación de la información: Para visualizar la información se accede a través de la pestaña calidad del aire que desborda 4 items visualizar por contaminantes. departamento, SVCA o municipio (Ver Figura 1).

Figura 1. Tablas dinámicas.

Si se selecciona por contaminantes despliega los contaminantes que se miden ver Figura 2.

Figura 2. Despliegue del ítem de contaminantes.

Si se selecciona por SVCA despliega los vigentes, con sus estaciones y contaminnates ver Figura 3.

Figura 3. Despliegue del ítem SVCA.

Si se selecciona por departamento arroja la siguiente visualización donde se reflejan el número de estaciones y los contaminnates que se miden por estación ver Figura 4.

Figura 4. Despliegue del ítem departamento.

Al seleccionar municipio arroja la siguiente visualización donde se reflejan el numero de estaciones y los contaminnates que se miden por estación ver Figura 5.

Figura 5. Despliegue del ítem por municipio.

La página ofrece mucho más detalle a la hora de entrar algún SVCA, contaminante, departamento o municipio. Por ejemplo al entrar al contaminante PM~10~ se despliega una visualización con la siguiente información SVCA, municipio, estación, dirección, coordenadas y fecha de inicio y finalización del primer registro. Esta información se puede visualizar online al darle clic a la lupa y se puede descargar en excel.

Figura 6. Visualización con el parámetro contaminante.

Cuando se selecciona un departamento se relaciona el municipio, la estación, la dirección, las coordenadas, la varibale y la fecha de registro y finalización. Esta información se puede visualizar online al darle clic a la lupa y se puede descargar en excel (Ver Figura 7).

Figura 7. Visualización con el parámetro departamento.

Al darle clic a la lupa se depsliega la siguiente ventana que muestra el en la parte de arriba la información general y en la parte de abajo datos de la variable seleccionada. Es importante destacar que se pueden decargar en Excel, formato csv o en pdf.

Figura 8. Visualización más detallada del contaminante medido, la fecha y opciones de descarga.

La página también ofrece un detalle de los SVCA que están en la plataforma a continuación en la Figura 9 se relaciona un pantallazo de lo desplegado.

Figura 9. Visualización de una de las estaciones.

Si se desea hacer una consulta puntual se puede dar clic en consultas y despliega la siguiente pantalla.

Figura 10. Visualización de consultas.

Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB)

Opera desde 1997 y esta se encarga de vigilar las concentraciones de contaminantes criterio PM~10~ y PM~2.5~, Ozono (O~3~), dióxido de azufre (SO~2~) y dióxido de nitrógeno (NO~2~) y monóxido de carbono (CO), de black carbón (o carbono negro) y variables meteorológicas (precipitación, temperatura, presión atmosférica, radiación solar, velocidad y dirección del viento), por medio de las veinte (20) estaciones instaladas en diferentes lugares de la ciudad. En se evidencian las características generales de las estaciones de la RMCAB.

Tabla 1. Estaciones de la RMCAB. Fuente: https://www.ambientebogota.gov.co/estaciones-rmcab

Características	Sigla	Latitud	Longitud	Localidad	Tipo de zona	Tipo de estación
Guaymaral	GYR	4°47’01.5"N	74°02’38.9"W	Suba	Sub urbana	De fondo
Usaquén	USQ	4°42’37.26"N	74°1’49.50"W	Usaquén	Urbana	De fondo
Suba	SUB	4°45’40.49"N	74° 5’36.46"W	Suba	Sub urbana	De fondo
Bolivia	BOL	4°44’08.9"N	74°07’33.2"W	Engativá	Sub urbana	De fondo
Las Ferias	LFR	4°41’26.52"N	74°4’56.94"W	Engativá	Urbana	De tráfico
Centro de alto rendimiento	CDAR	4°39’30.48"N	74°5’2.28"W	Engativá	Urbana	De tráfico
Estación móvil 7ma	EMA	4°38’42.7"N	74°03’41.6"W	Urbana	De tráfico	Carrera 7 con calle 60
MinAmbiente	MAM	4°37’31.75"N	74°4’1.13"W	Santa Fe	Urbana	De tráfico
Fontibón	FTB	4°40’41.67"N	74°8’37.75"W	Fontibón	Urbana	De tráfico
Puente Aranda	PTE	4°37’54.36"N	74°7’2.94"W	Puente Aranda	Urbana	Industrial
Kennedy	KEN	4°37’30.18"N	74°9’40.80"W	Kennedy	Urbana	De fondo
Carvajal-Sevillana	CSE	4°35’45.0"N	74°08’54.6"W	Kennedy	Urbana	Tráfico/industrial
Tunal	TUN	4°34’34.41"N	74°7’51.44"W	Tunjuelito	Urbana	De fondo
San Cristóbal	SCR	4°34’21.19"N	74°5’1.73"W	San Cristóbal	Urbana	De fondo
El Jazmín	JAZ	4°36’30.6"N	74°06’53.8"W	Puente Aranda	Urbana	Residencial
Usme	USM	4°31’55.4"N	74°07’01.7"W	Usme	Urbana	Residencial
Bosa	BOS	4°36’20.2"N	74°12’14.6"W	Bosa	Urbana	De fondo
Ciudad Bolívar	CBV	4°34’40.1"N	74°09’58.6"W	Ciudad Bolívar	Urbana	Residencial
Colina	COL	4°44’13.9"N	74°04’10.1"W	Suba	Urbana	De fondo
Móvil Fontibón	MOV2	4°40’04.8"N	74°08’54.6"W	Fontibón	Urbana	Tráfico/industrial

La página cuenta con varias opciones de visualización tablas dinámicas, mapas interactivos, reportes, información etc. Al dar clic a reportes se evidencian varias opciones entre ellas datos de monitoreo por hora.

Figura 11. Visualización de reporte de datos de monitoreo por horas en la RMCAB.

Cuando se da clic a reporte de estación se visualizan datos promedio en una hora por contaminante, los cuales puedes ser descargados en Excel, mostrados a través de una gráfica (Ver Figura 13) o tabla.

Figura 12. Visualización de reporte de estación, datos horarios en la RMCAB.

Figura 13. Visualización gráfica de datos horarios.

La página también cuenta con la opción de tablas dinámicas y de mapas interactivos por contaminante ver Figura 14 y Figura 15.

Figura 14. Tablas dinámicas de las estaciones que conforman la RMCAB.

Figura 15. Mapa interactivo de los contaminantes y las estaciones de la RMCAB.

También cuenta con informes mensuales, trimestrales y anuales.

Sistema de alerta temprana de medellín y el valle de aburrá – SIATA

Es un proyecto de Ciencia y Tecnología del Área Metropolitana del Valle de Aburrá, el Departamento Administrativo de Gestión del Riesgo de Desastres (DAGRD) y la Alcaldía de Medellín. Este proyecto cuenta con un sistema de monitoreo de la calidad del aire tal como se visualiza en la Figura 16.

Figura 16. Visualización de la plataforma en calidad del aire.

Para poder visualizar los datos se hace necesario entrar al geoportal a través del siguiente link https://geoportal.siata.gov.co/ , seleccionar calidad del aire y se desplegaran 4 opciones que están relacionadas de manera interactiva con el mapa.

Figura 17. Visualización del mapa interactivo en la página geoportal de SIATA.

Al seleccionar una de las estaciones del mapa interactivo se despliega una gráfica del contaminante y las opciones de medición en 12, 24, 72 horas y 30 días, además el índice de Calidad del Aire (ICA) para ese día. También se refleja dando clic en descripción información sobre la estación como código, coordenadas y contaminante evaluado.

Figura 18. Visualización de la plataforma en calidad del aire.

Es importante mencionar que SIATA cuenta con una aplicación para celulares de forma gratuita que permite tener a la mano información sobre las condiciones del estado del tiempo en el Valle de Aburrá. Está disponible para dispositivos IOS y Android.

Figura 19. Visualización de la aplicación en celulares.

Revisión de plataformas de datos de contaminantes criterio a nivel internacional

A continuación, se relacionan las páginas que reportan datos de calidad del aire a nivel internacional.

AIRNOW

Es una asociación de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU., la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), el Servicio de Parques Nacionales, la NASA, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades y las agencias de calidad del aire tribales, estatales y locales. Que se encarga de informar la calidad del aire utilizando el Índice de calidad del aire (ICA) oficial de los EE. UU., un índice codificado por colores diseñado para comunicar si la calidad del aire es saludable o no para usted.

• Contaminnates que monitorean: En está página se visualizan los siguientes contaminantes: Material particulado PM~10~ y PM~2,5~ y Ozono troposférico (O~3~).
• Presentación de la información: Para visualizar el mapa intercativo se accede a través de la pestaña\
• Maps & Data despliega 13 items, se sellecciona el primero Intercative map. (Ver Figura 20).

Figura 20. Mapa interactivo

Al darle click a al mapa intercativo se abre una nueva pestaña que despliega el mpapa con 3 contaminantes, los cuales apareceran en el mapa distribuidos a los largo de las áreas deonde hay monitores (Ver Figura 21).

Figura 21. Selección de contaminantes en el mapa interactivo.

Si se ubica en uno de los puntos de colores, se despliega un cuadro con más información sobre la estación, el ICA y la concentración del contaminante seleccionado (Figura 22).

Figura 22. Detalles de las estaciones.

La página de la AirNow presenta una visualización general donde es posible seleccionar la ciudad y el actual ICA, para ello se debe escribir la ciudad e la franja negra. También al seleccionar el color aparece una gráfica del ICA (ver Figura 23 y Figura 24).

Figura 23. Selección del ICA por ciudades.

Figura 24. Imagen del ICA.

Para ampliar la información al dar clic en la ciudad se amplía la información con gráficas (Ver Figura 25). Se tomó el ejemplo la ciudad de Miami.

Figura 25. Detalles del ICA ampliado en cada ciudad

Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire, SINAICA

Es una herramienta indispensable para recabar, almacenar y difundir la información de la calidad del aire que se genera en las estaciones de monitoreo que operan en los diversos estados del país. Esta página web relaciona el ICA con el tema de salud (Ver Figura 26 y Figura 27).

Figura 26. Detalles del ICA ampliado en cada ciudad en la ciudad de México.

Figura 27. Detalles del ICA ampliado en la estación seleccionada en la ciudad de México.

Revisión de plataformas de reporte de niveles de presión sonora

Observatorio Ambiental de Bogotá

La Secretaría de Ambiente cuenta con los Mapas Estratégicos de Ruido (MER) que indican el nivel de ruido ambiental en diferentes zonas de la ciudad. Los Mapas Estratégicos de Ruido (MER) corresponden a una representación cartográfica de los niveles de ruido ambiental que hay en una determinada zona. En la Figura 28 se observa la visualización de este visor el cual cuenta con capas dentro las cuales se evidencia el ruido diurno y nocturno, ordinario y dominical. Además, cuenta con un panel de información de los niveles de presión sonora representados en el mapa a través de isófonas.

Figura 28. Visor geográfico ambiental de ruido ambiental del Bogotá. https://visorgeo.ambientebogota.gov.co/?lon=-74.151978&lat=4.635020&z=12&l=5:1|32:1|114:1

Área Metropolitana del Valle de Aburrá.

El Área Metropolitana del Valle de Aburrá ha elaborado y actualizado los mapas de ruido ambiental cada cuatro años, de acuerdo con la normatividad vigente, para los municipios con más de 100.000 habitantes. La elaboración de los mapas de ruido ambiental se realiza utilizando un software de modelación llamado SoundPlan, que cruza variables geográficas, variables medioambientales, aforos vehiculares y velocidades promedio en los diferentes municipios. Estos mapas generan una línea base que permite comprender el comportamiento promedio del ruido en la región.

Este mapa de ruido interactivo cuenta con una leyenda de los niveles de presión sonora, descargar los mapas en diferentes formatos como JPG, PDF entre otros (Ver Figura 29) y visualizar el mapa de ruido dependiente de la fuente que lo genera (Ver Figura 30).

Figura 29. Visor geográfico ambiental de mapas de ruido en el Valle de Aburrá posibilidades de descarga.

Figura 30. Visor geográfico ambiental de mapas de ruido en el Valle de Aburrá desde la fuente que lo genera.

Evaluación general de las plataforma revisadas

Luego de analizar las diferentes plataformas, se analizaron los siguientes aspectos a nivel general (Ver Tabla 2).

Tabla 2. Análisis general de las páginas de datos ambientales de contaminantes criterio.

Variables	SISAIRE	RMCAB	SIATA	AIRNOW	SINAICA
Tipo (Nacional, departamental, y distrital)	Nacional	Distrital	Departamental	Internacional	Internacional
Reporte de contaminantes criterio (Diarios y horarios)	Diarios	Diarios y horarios	Diarios y horarios	Diarios	Diario
Permite descarga de datos	Si	Si	Si, pero hay que registrarse.	Si	Si
Publicación de informes	Si	Si	Si, pero hay que registrarse	Si	Si
Brinda detalles de las estaciones	Si	Si	Si	Si
Reporte ICA	No	No	Si	Si	Si
Presenta datos meteorológicos	Si	Si	Si	No	Si
Tiene APP	No	No	Si	Si	No
Herramientas de visualización de datos	A través de gráficos de barras, mapas interactivos con sus leyendas, detalles de las estaciones en cuadros emergentes con fotografías y acceso a descarga de datos on line en excel, formato csv o en pdf.	A través de gráficos de en línea, mapas interactivos con sus leyendas. Permite el acceso a descarga de imágenes en y datos on line en jpg y excel.	A través de gráficos de en barra, mapas interactivos con sus leyendas. Describe las estaciones y presenta fotografías de estas.	Mapas interactivos (Se aperturan pestañas para los mapas interactivos), con sus leyendas, detalles de las estaciones. También usa figuras con detalles de colores para mostrar el ICA. Permite el acceso a descarga de datos online.	Mapas interactivos con sus leyendas, detalles de las estaciones. Permite el acceso a descarga de datos online.

Con respecto a las plataformas de ruido ambiental todos manejan un mismo esquema que contiene un mapa interactivo con una leyenda con las unidades y colores asignados a los decibeles.

Talleres para la identificación de requisitos

El objetivo de estos espacios es recopilar y priorizar los requisitos técnicos y funcionales para el desarrollo de una plataforma de monitoreo y gestión de riesgos ambientales, de la mano con los stakeholders o partes interesadas que utilizarán la plataforma de manera que esta cumpla con sus expectativas sea funcional y esto garantice su sostenibilidad y utilización en el tiempo.

Taller de ideación para la identificación de requisitos del software

Fecha: 27 de septiembre de 2024 Lugar: CORPOCESAR, Valledupar, Cesar Asistentes: Funcionarios de CORPOCESAR, CORPAMAG y CORPOGUAJIRA

Objetivo Recopilar y priorizar los requisitos técnicos y funcionales para el desarrollo de una plataforma de monitoreo y gestión de riesgos ambientales.

Modalidad Taller participativo presencial y virtual, organizado con Canva para la recolección y priorización de requisitos.

Metodología Utilizada Se aplicó una dinámica de lluvia de ideas en la que cada participante compartió sus expectativas y necesidades con respecto a la plataforma. Posteriormente, las ideas se agruparon en categorías, y se priorizaron según el impacto y la viabilidad.

Requisitos Funcionales identificados

Visualización de datos y reportes

• Permitir visualizar los datos promedio de concentraciones de material particulado (PM10 y PM2.5) en la periodicidad fijada por la normativa.
• Mostrar promedios mensuales de contaminantes PM10 y PM2.5 para facilitar comparaciones entre épocas seca y de lluvia.
• Mostrar gráficas comparativas entre los niveles de ruido diurno y nocturno.
• Mostrar información meteorológica (temperatura, presión, humedad) del municipio.
• Permitir visualizar el nivel de intensidad de la luminaria LED de la estación de monitoreo.
• Incluir videos informativos sobre la calidad del aire y su impacto en la salud pública, accesibles para todos los usuarios.
• Mostrar certificados de calibración o verificación de los equipos que brinden veracidad de los datos capturados.

Gráficos y representación visual

• Implementar gráficos de torta, barras y otros, con un diseño usable y accesible por la comunidad.
• Mostrar gráficos de referencia que incluyan los niveles máximos de contaminantes permitidos por la normativa vigente.
• Mostrar mapas de calor que permitan visualizar la dispersión de los contaminantes y demás variables ambientales en el municipio.
• Mostrar gráficas de rosa de vientos que representen la velocidad y dirección del viento.
• Permitir mostrar o exportar gráficos mensuales y comparativos entre estaciones.

Cálculo y procesamiento de datos:

• Calcular el Índice de Calidad de Aire para los contaminantes PM10 y PM2.5.
• Corregir inconsistencias que se puedan presentar fusionando valores similares mediante métodos heurísticos.

Alertas y notificaciones

• Generar alertas automáticas cuando los contaminantes superen los límites permisibles establecidos por la normativa, notificando a la comunidad y a las autoridades ambientales.

Exportación e interoperabilidad

• Permitir exportar los datos meteorológicos y la información de calidad del aire en formato PDF.
• Incluir un formulario de descarga de información, permitiendo a los usuarios solicitar y descargar datos históricos.

Interacción y usabilidad

• Obtener o mostrar la definición de los parámetros o variables de medición cuando el usuario sitúe el puntero sobre los nombres en los gráficos o tablas, o mediante cualquier otro método.

Georreferenciación

• Incluir mapas con georreferenciación de cada punto o luminaria de medición, mostrando la ubicación exacta de las estaciones de monitoreo.

Requisitos No Funcionales identificados

Rendimiento y eficiencia

• Permitir una transmisión de datos con baja latencia, para habilitar la generación de alertas tempranas en tiempo real.
• Gestionar correctamente los conjuntos masivos de datos.

Escalabilidad y concurrencia

• Manejar sistemas multiusuario, permitiendo la gestión concurrente de un número considerado de usuarios con diferentes roles y permisos de acceso.

Accesibilidad y usabilidad

• Tener accesibilidad a los archivos y datos del sistema mediante un sistema de almacenamiento que soporte búsquedas rápidas y eficientes en archivos de gran tamaño.

Interoperabilidad

• Ser interoperable con plataformas externas como datosabiertos.gov.co.

Seguridad y privacidad

• Realizar una gestión adecuada de los datos privados, asegurando el cumplimiento de las normativas de privacidad y seguridad de la información.

Comunicación y claridad

• Generar boletines informativos con lenguaje accesible, usando gráficos simples y datos resumidos, dirigidos a la ciudadanía en general.

Recomendaciones para el desarrollo de software atendiendo las necesidades de los stakeholders

• Validar y/o emitir certificados de calidad y autenticidad de los datos generados.
• Enlazar o transferir la información recolectada a la plataforma de Datos Abiertos (datosabiertos.gov.co).

Figura 31. Recolección de los requisitos.

Figura 32. Categorización de los requisitos.

Figura 33. Priorización de los requisitos.

• Construir una plataforma con una interfaz amigable que no solo ofrezca análisis y visualización de datos en tiempo real, sino que también garantice una integración fluida con otros sistemas y la publicación de datos abiertos. La capacidad de generar reportes y boletines accesibles a toda la comunidad es un aspecto prioritario para fomentar la transparencia y la participación ciudadana.
• Se reafirmó la necesidad de integrar datos meteorológicos en tiempo real y calcular índices de calidad del aire, los cuales ya habían sido propuestos en los requisitos preliminares.
• La prioridad por funcionalidades de visualización y generación de reportes coincide con la intención de incluir módulos de dashboards y reportes automatizados.
• Incorporar capacidades de análisis avanzado y comparativo entre diferentes variables ambientales.
• Asegurar que la plataforma cuente con un módulo robusto de alertas y notificaciones para gestión de emergencias ambientales.

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Definición de acuerdos de niveles de servicios (ans) de acuerdo con las necesidades de los actores

En el contexto del proyecto de la plataforma de datos abiertos basada en AIoT para el análisis y gestión de riesgos ambientales y climáticos, es crucial definir acuerdos de niveles de servicios (SLAs por sus siglas en inglés) que satisfagan las necesidades de los diferentes actores o stakeholders involucrados. Estos SLAs deben abordar aspectos clave como la disponibilidad, el rendimiento, la seguridad y la capacidad de respuesta del sistema.

A continuación, se detallan los acuerdos de niveles de servicio más relevantes sugeridos para este proyecto, organizados según las necesidades de los actores clave:

1. Para las Autoridades Locales (Gobierno municipal y autoridades ambientales)

   Necesidades:

   • Información precisa y en tiempo real sobre los riesgos ambientales y climáticos.
   • Alertas rápidas para tomar decisiones de emergencia.
   • Cumplimiento de normativas ambientales.

   Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA):

   • Disponibilidad del sistema: 95 % de disponibilidad mensual, garantizando que el sistema esté operativo prácticamente en todo momento.
   • Tiempo de respuesta de alertas críticas: El sistema debe emitir alertas en tiempo real con una latencia máxima de 60 segundos desde la detección del evento.
   • Actualización de datos climáticos y ambientales: La plataforma debe actualizar los datos en intervalos regulares de 10-15 minutos para información no crítica y en tiempo real para eventos de emergencia.
   • Seguridad de la información: Cumplimiento con normativas de protección de datos (como ISO 27001) para asegurar que la información sensible sobre riesgos ambientales no sea accesible a terceros no autorizados.
   • Soporte técnico: Disponibilidad de soporte con tiempos de resolución de incidentes de de manera ágil para problemas críticos y problemas importantes.
   • Capacidad de gestión de tráfico: La plataforma debe poder manejar un número de usuarios simultáneos sin degradación del rendimiento en situaciones de emergencia.

2. Para la Comunidad Local (Usuarios generales)

   Necesidades:

   • Acceso a datos abiertos sobre el estado ambiental y climático del corredor minero.
   • Acceso a información clara y fácil de interpretar para la toma de decisiones cotidianas.
   • Recibir alertas en caso de eventos ambientales críticos.

   Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA):

   • Disponibilidad del sistema público: 95% de disponibilidad mensual para la consulta de datos abiertos a través de la web y dispositivos móviles.
   • Tiempo de carga de la plataforma: Las páginas de la plataforma deben cargarse con rapidez para garantizar una buena experiencia de usuario.
   • Notificaciones y alertas: En caso de eventos críticos (por ejemplo, contaminación alta o riesgos climáticos), las alertas deben ser enviadas a través de SMS, correo electrónico o notificaciones push en un máximo de 60 segundos desde la identificación del riesgo.
   • Interfaz amigable: La plataforma debe ser accesible en dispositivos móviles, tablets y PCs, y cumplir con estándares de accesibilidad (WCAG 2.1 AA) para garantizar que toda la comunidad pueda acceder a la información.
   • Frecuencia de actualización de datos: Los datos ambientales deben actualizarse cada 15 minutos en la plataforma pública.

3. Comunidad científica

   Necesidades:

   • Acceso a grandes volúmenes de datos históricos y en tiempo real para realizar análisis predictivos.
   • Herramientas potentes de análisis y procesamiento de datos.
   • Acceso seguro a la plataforma para realizar análisis de riesgos.

   Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA):

   • Disponibilidad del acceso a datos históricos y en tiempo real: 95 % de disponibilidad de las bases de datos, garantizando la capacidad de acceder a datos en cualquier momento.
   • Rendimiento de consultas: Las consultas a la base de datos deben responder con rapidez para datasets pequeños y grandes.
   • Capacidad de almacenamiento y procesamiento: El sistema debe poder procesar datos en tiempo real y almacenar hasta 10 TB de datos históricos con alta disponibilidad.
   • Escalabilidad: La infraestructura debe escalar automáticamente en función de la demanda para garantizar que el análisis de grandes volúmenes de datos no se vea afectado durante picos de uso.
   • Seguridad y acceso: Acceso protegido a través de autenticación multifactor (MFA) y permisos diferenciados para garantizar que solo los científicos de datos autorizados puedan acceder a la información crítica.
   • Integración de herramientas analíticas: Compatibilidad con plataformas de análisis como Python, R, Jupyter Notebooks y otros frameworks de machine learning, asegurando la capacidad de ejecutar modelos de inteligencia artificial sin problemas.

4. Para el Equipo de TI (Administradores de la Plataforma y Mantenimiento)

   Necesidades:

   • Garantizar la estabilidad y seguridad de la plataforma.
   • Capacidad para realizar mantenimiento sin afectar la disponibilidad del sistema.
   • Herramientas de monitoreo y diagnóstico.

   Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA):

   • Disponibilidad de la plataforma: 95% de disponibilidad mensual garantizada, incluyendo actualizaciones planificadas.
   • Tiempo de inactividad planificado: Las ventanas de mantenimiento deben programarse fuera de las horas pico, con un máximo de 2 horas por mes.
   • Tiempo de resolución de incidentes: Los problemas críticos deben resolverse en un plazo máximo de 24 horas. Los problemas menores deben resolverse en un plazo máximo de 48 horas.
   • Respaldo y recuperación de datos: Realizar copias de seguridad automáticas diarias con un tiempo de recuperación de datos en menos de 30 minutos en caso de fallo del sistema.
   • Escalabilidad y gestión del tráfico: La infraestructura debe soportar un crecimiento del 150% en el uso sin degradar el rendimiento, asegurando la capacidad de adaptación durante situaciones de alta demanda (como en emergencias ambientales).

5. Para los Proveedores de Servicios y Dispositivos IoT

   Necesidades:

   • Conectividad y rendimiento de los dispositivos IoT (sensores, drones, estaciones meteorológicas) utilizados para capturar datos.
   • Monitoreo continuo del estado de los dispositivos y su conectividad.
   • Fiabilidad en la transmisión de datos a la plataforma en tiempo real.

   Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA):

   • Tasa de entrega de datos IoT: Al menos el 95% de los datos capturados por los dispositivos IoT deben ser transmitidos con éxito a la plataforma
   • Monitoreo y diagnóstico de dispositivos IoT: El sistema debe monitorear constantemente el estado de los dispositivos y generar alertas automáticas si un dispositivo falla o pierde conectividad.
   • Mantenimiento remoto de dispositivos: Debe haber capacidad para realizar actualizaciones y diagnósticos remotos en los dispositivos IoT sin necesidad de intervención física.
   • Escalabilidad de dispositivos IoT: La infraestructura debe ser capaz de soportar la conexión de varios dispositivos IoT simultáneamente sin degradación del rendimiento.

Estos Acuerdos de Nivel de Servicio (SLA) alineados con las necesidades de cada grupo de stakeholders garantizan que la plataforma funcione eficientemente y de acuerdo con las expectativas de todos los involucrados, permitiendo así una gestión efectiva de riesgos ambientales y climáticos en el corredor minero.

Requerimientos de los Módulos

1. Módulo de Gestión de Usuarios

• Autenticación y Autorización:

  • El sistema deberá permitir la autenticación mediante usuario autorizado y contraseña
  • El sistema deberá permitir la gestión de roles previamente configurados para la ejecución de acciones en el sistema de información

• Registro de Usuarios:

  • El sistema permitirá el registro de usuario recopilando datos relevantes como institución y área de interés
  • El sistema validará mediante email la activación del usuario

• Gestión de Roles:

  • El sistema contará con una interfaz de administración para asignar y modificar roles de usuario.
  • El sistema permitirá definir roles basado en permisos específicos.

2. Módulo de Ingreso y Procesamiento de Datos

• Carga de Datos:

  • El sistema permitirá la carga de datos haciendo uso de formatos (CSV, JSON, XML).
  • El sistema validará los datos durante la carga para verificar la consistencia y precisión.

• Procesamiento en Tiempo Real:

  • El sistema permitirá tener conexión directa o indirecta con los dispositivos IoT para la recolección automática de datos.
  • El sistema procesará de manera asíncrona para manejar grandes volúmenes de datos sin afectar el rendimiento.
  • El sistema permitirá notificar en caso de errores o inconsistencias en los datos.

3. Módulo de Integración con Dispositivos IoT

• Conexión con Sensores:

  • El sistema permitirá conexiones mediante protocolos estándar de IoT (MQTT, HTTP, CoAP).
  • El sistema permitirá registrar nuevos dispositivos IoT con identificación única (GUID).

• Monitoreo en Tiempo Real:

  • El sistema contará con tableros en tiempo real para la visualización continua de datos provenientes de los sensores.
  • El sistema contará con alertas visuales en caso de que las variables excedan los umbrales configurados.
  • El sistema permitirá las notificaciones automáticas por email, SMS, o aplicaciones de mensajería (p.ej., WhatsApp) cuando se detecten situaciones de riesgo.

4. Módulo de Análisis y Visualización de Datos

• Dashboards Personalizables:

  • El sistema contará con una interfaz drag-and-drop para la personalización de dashboards según las necesidades del usuario.
  • El sistema contará con widgets predefinidos para mostrar gráficos, tablas y mapas.

• Mapas Interactivos:

  • El sistema permitirá la visualización geoespacial de los datos en mapas interactivos con filtros por tiempo, tipo de datos, y ubicación.

5. Módulo de Gestión de Datos Abiertos

• Publicación de Datos:

  • El sistema permitirá seleccionar y publicar datasets en el portal de datos abiertos.
  • El sistema permitirá lleva trazabilidad de versiones de datasets y archivos

• API de Acceso a Datos:

  • El sistema permitirá exponer API RESTful con endpoints seguros para acceso a los datos.
  • El sistema contará con documentación Swagger integrada para facilitar el uso de la API por terceros.

6. Módulo de Gestión de Reportes

• Generación de Reportes:

  • El sistema permitirá generar reportes en formatos PDF, CSV, y Excel
  • El sistema permitirá generar reportes predefinidos para métricas clave.

• Programación de Reportes:

  • El sistema permitirá la programación de reportes automáticos con opciones de frecuencia diaria, semanal, o mensual.
  • El sistema permitirá el envío automatizado de reportes a usuarios específicos o grupos de usuarios por email.

7. Módulo de Seguridad y Privacidad

• Cifrado de Datos:

  • Cifrado SSL/TLS para todos los datos en tránsito.

• Cumplimiento de Normativas:

  • Adaptación a normativas locales Ley 1581 de Protección de Datos Personales en Colombia.
  • Auditoría regular de seguridad con informes de cumplimiento.

8. Módulo de Soporte y Capacitación

• Documentación:

  • El sistema contará con una wiki en línea con tutoriales, FAQs, y guías de uso para usuarios finales y administradores.

Requerimientos no Funcionales

Rendimiento

• Capacidad de Escalabilidad: El sistema debe soportar la escalabilidad horizontal para manejar aumentos en la carga de trabajo sin afectar el rendimiento.

Confiabilidad

• Disponibilidad: El sistema debe garantizar una disponibilidad del 99.9%, asegurando que esté operativo casi todo el tiempo, con tiempos de inactividad programados mínimos.

Seguridad

• Protección Contra Ataques: El sistema debe ser resistente a ataques comunes como inyecciones SQL, ataques DDoS y XSS.

Usabilidad

• Interfaz Intuitiva: La plataforma debe ser fácil de usar, con interfaces amigables y consistentes, adaptadas para usuarios técnicos y no técnicos.
• Accesibilidad: Cumplir con estándares de accesibilidad (WCAG 2.1 AA) para usuarios con discapacidades.

Compatibilidad

• Navegadores Soportados: Compatibilidad con los principales navegadores web (Chrome, Firefox, Edge, Safari) y versiones móviles.
• Interoperabilidad: Soporte para integración con otros sistemas a través de API y estándares de intercambio de datos.

Mantenibilidad

• Documentación Completa: Código fuente bien documentado y arquitectura del sistema claramente definida.

• Actualizaciones Regulares: El sistema debe permitir la implementación de actualizaciones regulares sin afectar su funcionamiento.

Portabilidad

• Soporte Multiplataforma: El sistema debe poder desplegarse en diferentes entornos (nube, on-premise) sin necesidad de cambios significativos en la configuración.

Pruebas de Conceptos

La prueba de concepto se centró en el uso de un dispositivo inteligente conectado y enviando datos ThingBoard. Esta plataforma permitió obtener y visualizar datos en tiempo real relacionados con el funcionamiento y estado del sensor en campo, lo que demostró el potencial de integrar tecnologías IoT para la gestión ambiental en el corredor minero de los departamentos del Magdalena, Cesar y La Guajira.

Durante la implementación de la prueba, el dispositivo con sus sensores y microcontroladores permitió la captura de datos relevantes para el proyecto que ayudo a presentar a la comunidad una demostración con una prueba de concepto los datos en tiempo real de temperatura, nivel de ruido, humedad entre otros. A través de la plataforma ThingsBoard, se pudieron monitorear estas variables, ofreciendo una visión en tiempo real del estado de la luminaria, lo que resulta clave para la toma de decisiones en la gestión de riesgos ambientales.

Esta experiencia permitió evaluar la capacidad de la red IoT para capturar y procesar datos ambientales. La integración exitosa con ThingsBoard demostró que la tecnología puede ser escalada y adaptada para su uso en una red piloto de luminarias inteligentes en el corredor minero, cumpliendo con el objetivo del proyecto de fortalecer las redes de captura y procesamiento de datos en tiempo real.

Bibliografía

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4. https://geoportal.siata.gov.co/
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7. https://espanol.epa.gov/espanol/conceptos-basicos-sobre-el-material-particulado-pm-por-sus-siglas-en-ingles
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9. https://www.epa.gov/ground-level-ozone-pollution/ground-level-ozone-basics
10. https://www.metropol.gov.co/ambiental/Paginas/ruido/mapas-de-ruido.aspx