estacionMeteorologicaFinal

1
Sistema de Monitoreo de Estaciones
Meteorológicas en Tiempo Real
Luis Enrique Colmenares Guillen, Oliver Ramírez Alegría, Omar Niño Ariosto
Resumen— En este trabajo se realiza el diseño e
implementación de una solución para monitorear una estación
meteorológica usando tecnologías de la información, las cuales
permiten monitorear variables físicas tales como: temperatura,
velocidad y dirección de viento. El instrumento virtual censa las
variables a través de una tarjeta de adquisición de datos para
posteriormente ser analizadas y visualizadas mediante una
computadora personal, el lenguaje de programación empleado
para realizar estas tareas es C#, el cual proporciona una
interface gráfica amigable que permite tener una conexión
directa con la Estación Meteorológica mediante el uso de
tecnologías de Microsoft, entre ellas Windows Communications
Fundations, el cual nos permite interactuar en tiempo real con
la Estación Meteorológica. Posteriormente se podrá visualizar y
analizar la evolución de las variables monitoreadas, además de
proporcionar un registro de las mediciones, y seleccionar el
periodo de muestreo de los datos a adquirir.
I. INTRODUCCIÓN
n los últimos años la instrumentación electrónica ha
evolucionado de manera significativa, lo que ha
permitido obtener un gran avance en diversos ámbitos,
entre ellos el de obtener información del comportamiento del
medio ambiente y así poseer un registro de variables más
completo y eficiente, a través del uso de la instrumentación y
los medios virtuales basado en computadoras personales, cuyo
campo de aplicación no se ha limitado tan sólo al área del
monitoreo y control de procesos, sino que también está siendo
aplicado en el registro de variables físicas en general. En este
sentido la prevención de desastres naturales requiere el
conocimiento del recurso disponible, en este caso es
indispensable contar con registros del comportamiento de las
variables físicas, tales como: temperatura, dirección y
velocidad de viento entre otras. Sin embargo, en nuestro país
esta información aún es escasa, o bien se conoce de manera
E
L. E. Colmenares Guillén, se encuentra actualmente realizando investigación
y docencia en el área de Sistemas de Tiempo Real, Sistemas Distribuidos y
Cómputo Ubicuo en la Facultad de Ciencias de la Computación de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla BUAP, Apdo. Postal J-32, Ciudad
Universitaria, Puebla, México. (Teléfono: (52) 222-2 29-55-00 Ext. 7214, email: [email protected].
O. Ramírez Alegría, se encuentra realizando la tesis de Licenciatura en
Ciencias de la Computación en la Facultad de Ciencias de la Computación de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla BUAP, Apdo. Postal J-32, Ciudad
Universitaria, Puebla, México. (Teléfono: (52) 222-2 29-55-00 Ext. 7214, email: [email protected])
O. A. Niño Prieto, se encuentra actualmente trabajando en Intel en analisis de
riesgos. (Teléfono: (52) 222-2-45-58-21 e-mail: [email protected])
puntual. Por esta razón es necesario contar con una estación
meteorológica que permita monitorear dichas variables de
manera eficiente y pueda ser portátil, para registrar el recurso
en cualquier localidad.
II. ANÁLISIS Y DESARROLLO DEL MONITOR DE LA ESTACIÓN
METEOROLÓGICA
A. Definición del problema
Los sistemas de monitoreo implementados en la actualidad
carecen de una portabilidad o modularidad, lo cual, resulta
muy difícil monitorear en tiempo real una estación
meteorológica, ya que la mayoría de ellos funciona en forma
manual. Por lo que constan de varias etapas realizar una
medición y registrar los resultados. Por lo general los datos
son enviados por una persona para que se analicen, dando así
un lapso de tiempo entre los resultados y su análisis.
B. Analisis y desarrollo
El desarrollo del proyecto consiste en implementar un
sistema para monitorear las diversas estaciones
meteorológicas ubicadas en el Estado de Puebla, desde una
ubicación remota a ellas. Dado que en algunos casos se
encuentran retiradas o en ubicaciones muy difícil de acceder.
Esto, con el fin de poder prevenir catástrofes y evitar pérdidas
de vidas humanas. Dicho sistema requiere de una respuesta
en tiempo real de dichas estaciones para que diversos expertos
en el área analicen y pronostiquen dichos datos [3].
La información
que se obtienen de la estación
meteorológica es principalmente temperatura, dirección del
viento, Humedad, entre otras.
La propuesta que se ha desarrollado tras un análisis de
dichos requerimientos usando SA-RT [1](Structured Analysis
Real Time) ver figura 1, se visualiza el funcionamiento y flujo
del sistema, desde que se adquieren los datos hasta el
momento en el que son mostrados al usuario final.
2
Fig. 1. Diagrama de contexto del Sistema.
Fig. 3. Diagrama de Transición de estados.
Una vez realizado el análisis y definido el diagrama de
contexto del sistema, se puede realizar el flujo de datos del
sistema, ver figura 2. Se pueden almacenar y visualizar
dichos datos en el servidor y/o usuario; así como también
tener bien definidos los componentes del sistema.
Los datos que se proporcionan y que se van a almacenar,
tienen estructuras para su almacenamiento, se tienen
estrategias y estructuras propias para el sistema. Para ello, se
desarrolla un diccionario de datos y así tener un control de las
variables y de los datos que se van a utilizar, figura 4.
Fig. 4. Diccionario de datos.
Fig. 2. Diagrama de flujo de datos.
El diagrama de transición de estados (también conocido
como DTE) enfatiza el comportamiento dependiente del
tiempo del sistema. En este tipo de modelo cada estado se
representa con un rectángulo, pudiendo ser un estado que se
encuentra en el sistema, además de las condiciones que
causan un cambio de estado y las acciones que el sistema
toma cuando cambia de estado como se ilustra la figura 3.
III. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL MONITOREO DE LA
ESTACIÓN METEOROLÓGICA
La mayoría de los sistemas de monitoreo constan de varios
componentes para realizar mediciones y registrar resultados.
Por lo general son tres los elementos principales, un
dispositivo de entrada, un dispositivo de almacenamiento y un
dispositivo de salida. El dispositivo de entrada recibe la
variable física a medir y envía la información obtenida al
dispositivo de almacenamiento, se almacena o se envía
directamente al dispositivo de salida. Este puede ser una
computadora o puede estar en la red para la manipulación de
los datos.
3
Fig. 5. Diagrama de Funcionamiento del Sistema de Monitoreo.
C. Adquisión de datos
La aceptación global de Servicios Web, los cuales incluyen
protocolos estándares para la comunicación de aplicación a
aplicación, se ha modificado en su desarrollo. La etapa de
adquisición de datos se realiza a través de un servicio creado
en Windows Communications Fundations (WCF), que
simplifica el desarrollo de aplicaciones conectadas a través de
un nuevo modelo de programación orientado a servicio.
Provee un modelo de programación unificado para construir
rápidamente servicios orientados a las aplicaciones para
comunicarse a través de la Web.
A. Diseño
Una vez realizado la fase de análisis del problema,
generar propuestas, se tiene una estructura del sistema y
además de sus componentes. Se realiza la fase de diseño, que
ayuda
facilitar la programación y la modularidad del
sistema. En la figura 6, se ilustra el funcionamiento del
sistema, desde que se obtienen los datos, como se almacenan,
hasta que se visualizan y el flujo del sistema [2].
Fig. 8. Modelo de Comunicación WCF
IV. DESCRIPCIÓN DEL CÓDIGO
Fig. 6. Diagrama de Funcionamiento del Sistema de Monitoreo.
B. Monitoreo de variables físicas
La primera etapa consiste de varios sensores para el
monitoreo de las variables climatológicas tales como:
Temperatura, Velocidad y Dirección del viento, entre otras.
La información proveniente de los sensores es enviada a la
Estación Meteorológica, ver figura 7, la cual, las reenvía
mediante una conexión a un servidor o computadora, para
posteriormente sea almacenado o visualizado en un
dispositivo de salida.
Fig. 7. Estación Meteorológica.
Para llevar a cabo el análisis y visualización de las
variables climatológicas se utiliza el lenguaje de
programación C#, el cual facilita estas tareas y permite
desarrollar interfaces gráficas avanzadas y amigables para el
usuario. La filosofía de programación del lenguaje gráfico,
toma como base la estructura de un panel de control, el cual
cuenta con “Panel de supervisión” (controles, botones) para
configurar el proceso de medición, analizar las variables
monitoreadas, seleccionar el periodo de muestreo de los datos
a adquirir y seleccionar el periodo de tiempo en el que se
almacenara los datos.
El programa de software para la Estación Meteorológica
Virtual tiene las siguientes características:
• Proporcionar una interface amigable al usuario para
mostrar en tiempo real la evolución de las variables
físicas monitoreadas.
• Visualiza gráficamente la evolución de las variables
temperatura, velocidad y dirección de viento.
• Registro de mediciones.
• Selección del periodo de muestreo de los datos a adquirir.
4
realizar recomendaciones útiles para la actividad agrícola y la
conservación de niveles máximos de agua almacenados en las
presas.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
Fig. 9. Panel de Supervisión.
El Panel de Supervisión o Control diseñado para la
Estación Meteorológica, se muestra en la figura 9. Dicho
panel proporciona una interfaz gráfica amigable para el
usuario en el cual se muestran los resultados del monitoreo en
tiempo real de las variables climatológicas en forma
numérica. El Panel de Visualización diseñado para la
Estación Meteorológica, se muestra en la siguiente figura 10,
este permite visualizar la gráfica para la temperatura,
dirección y velocidad de viento.
Fig. 10. Panel de Visualización.
V. CONCLUSION Y TRABAJO A FUTURO
En este articulo se ha presentado el diseño de un sistema de
Monitoreo de una Estación Meteorológica que permite
registrar las variables climatológicas tales como Temperatura,
Velocidad y Dirección de Viento. La interface gráfica
desarrollada permite mostrar el monitoreo de las variables
mencionadas de una manera amigable a través de gráficas y
desplegados numéricos.
Proporcionando un registro de las mediciones y un intervalo
de tiempo para observar el comportamiento de las variables
monitoreadas.
El Software desarrollado es completamente modular y
portable lo cual permite incorporar el monitoreo de nuevas
variables físicas.
Como trabajo a futuro se plantea implementar el sistema de
alarmas para la prevención de eventos climáticos que se
pueden producir. Pero el proyecto de monitoreo
meteorológico va más allá de ser un indicador de riesgo, es
una herramienta de gran utilidad para conocer la evolución de
las condiciones meteorológicas presentes durante un
determinado periodo de tiempo que permitirá, a largo plazo,
Edward, Yourdon. Análisis Estructurado Moderno, Prentice-Hall Inc.
1989.
http://pszwed.ia.agh.edu.pl/RT/La4_rm/La4_rm.html#LACATRE_langua
ge_overview. Revisada Noviembre de 2010
http://www.taylorla.com/content/monitoreo-climatico-de-gran-alcance
Revisada 2010.
http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=61580104 Red
de revistas digitales 2011.