Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales
Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes
satelitales
Autor Viviana Carolina Sarmiento González
Código: 20192099046
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Especialización en Ingeniería de Software Bogotá, Colombia 4 junio de 2020
Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales
Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes
satelitales
Autor Viviana Carolina Sarmiento González
Director Roberto Ferro Escobar
Revisor Jorge Mario Calvo Londoño
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Especialización en Ingeniería de Software Bogotá, Colombia 4 junio de 2020
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ...... 7 PARTE I. CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...... 8 CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ...... 8 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...... 8 1.2 OBJETIVOS ...... 9 1.2.1 Objetivo General...... 9 1.2.2 Objetivos Específicos ...... 9 1.3 JUSTIFICACIÓN ...... 10 1.4 HIPÓTESIS ...... 11 1.5 MARCO REFERENCIAL ...... 11 1.5.1 Marco Teórico ...... 11 1.5.2 Marco Conceptual...... 13 1.5.2.1 Glaciar Sierra Nevada del Cocuy o Güicán (SNCG) ...... 13 1.5.2.2 Misiones espaciales Sentinel-2 y Landsat ...... 15 1.5.2.3 Normalized Difference Snow Index (NDSI) ...... 16 1.5.2.4 Aplicación Web ...... 17 1.5.2.5 Google Earth Engine ...... 17 1.6 ASPECTOS METODOLOGICOS ...... 19 1.6.1 Organización del trabajo de grado ...... 19 1.6.2 Estudio de sistemas previos ...... 20 PARTE II. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN ...... 21 CAPÍTULO 2. GESTIÓN DEL PROYECTO ...... 21 2.1 FASE DE ANÁLISIS ...... 21 2.1.1 Requerimientos Funcionales...... 21 2.1.2 Requerimientos No Funcionales ...... 22 2.2 FASE DE DISEÑO ...... 22 2.2.1 Casos de Uso ...... 22 2.2.2 Diagrama de clases ...... 24 2.3 FASE DE DESARROLLO ...... 24
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CAPÍTULO 3. ARQUITECTURA EMPRESARIAL...... 26 3.1 TOGAF ...... 26 3.2 ARCHIMATE ...... 28 3.2.1 ORGANIZACIÓN ...... 28 3.2.1.1 Punto de vista de organización ...... 29 3.2.1.2 Punto de vista cooperación de actor ...... 29 3.2.1.3 Punto de vista de función de negocio ...... 29 3.2.1.4 Punto de vista proceso de negocio ...... 30 3.2.1.5 Punto de Vista de Cooperación del Proceso de Negocio...... 30 3.2.1.6 Punto de Vista del Producto ...... 31 3.2.2 APLICACIÓN ...... 32 3.2.2.1 Punto de Vista Comportamiento de Aplicación ...... 32 3.2.2.2 Punto de Vista Cooperación de Aplicación ...... 33 3.2.2.3 Punto de Vista Estructura de la Aplicación ...... 33 3.2.2.4 Punto de Vista de Uso de Aplicación ...... 34 3.2.3 TECNOLOGIA ...... 34 3.2.3.1 Punto de Vista de Infraestructura ...... 34 3.2.3.2 Punto de Vista de Uso de Infraestructura ...... 35 PARTE III. CIERRE DE LA INVESTIGACIÓN ...... 35 CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...... 35 4.1 REQUERIMIENTOS ...... 36 4.2 ARQUITECTURA ...... 36 4.3 INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO ...... 36 4.4 PRUEBAS DE RENDIMIENTO ...... 38 4.1 PRUEBAS DE USABILIDAD ...... 39 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ...... 42 CAPÍTULO 6. PROSPECTIVA DEL TRABAJO DE GRADO ...... 44 6.1 LINEAS DE INVESTIGACION FUTURAS ...... 44 6.2 TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN FUTUROS ...... 44 BIBLIOGRAFÍA ...... 45
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LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Ubicación geográfica de la Sierra Nevada del Cocuy...... 14 Ilustración 2. Diagrama metodológico elaborado para Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales...... 20 Ilustración 3. Diagrama Casos de Uso...... 23 Ilustración 4. Diagrama Clases ...... 24 Ilustración 5. Architecture Development Method...... 27 Ilustración 6. Correspondencia entre Archimate y TOGAF...... 28 Ilustración 7. Metamodelo Punto de Vista Organización ...... 29 Ilustración 8. Metamodelo Punto de Vista cooperación de actor ...... 29 Ilustración 9. Metamodelo Punto de Vista cooperación de actor ...... 30 Ilustración 10. Metamodelo Punto de Vista proceso de negocio ...... 30 Ilustración 11. Metamodelo Punto de Vista de Cooperación del Proceso de Negocio ...... 31 Ilustración 12. Metamodelo Punto de Vista del Producto ...... 31 Ilustración 13. Metamodelo Punto de Comportamiento de la Aplicación ...... 32 Ilustración 14. Metamodelo Punto de Cooperación de la Aplicación ...... 33 Ilustración 15. Metamodelo Punto de Estructura de la Aplicación ...... 33 Ilustración 16. Metamodelo Punto de Vista de Uso de Aplicación ...... 34 Ilustración 17. Metamodelo Punto de Vista de Infraestructura ...... 34 Ilustración 18. Metamodelo Punto de Vista de Uso de Infraestructura ...... 35 Ilustración 19. Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales ...... 37 Ilustración 20. Interfaz selección de rango de fechas ...... 37 Ilustración 21. Interfaz barra desplegable permite la selección del sensor y botón de búsqueda ...... 38 Ilustración 22. Interfaz barra desplegable permite la selección de las imágenes ...... 38 Ilustración 23.Interfaz botón permite mostrar el índice para la imagen seleccionada ...... 38 Ilustración 24. Interfaz permite seleccionar el tipo de mapa, mostrar u ocultar la imagen seleccionada y acercarse o alejarse del mapa ...... 38
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Ilustración 25. Ilustración del cálculo del índice NDSI para una imagen Landsat-8 ...... 39 Ilustración 26. Modelo de Medición de Usabilidad basada en Jerarquía de tres Niveles .... 40
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Datos de la evolución del área glaciar...... 15 Tabla 2. Características de las bandas Sentinel-2 MSI, Landsat-4, Landsat-5 y Landsat-8 utilizadas en este estudio...... 25 Tabla 3. Metodología de evaluación...... 41 Tabla 4. Evaluación de la usabilidad del aplicativo...... 42
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INTRODUCCIÓN
La Sierra Nevada del Cocuy o Güicán es uno de los glaciares colombianos más importantes, tiene las mayores alturas de la Cordillera Oriental, adicionalmente desde las aristas de nieve hacia el occidente se desciende al altiplano boyacense y al oriente a las llanuras, por la disposición estructural de los glaciares tiende a ubicarse en las laderas occidentales y a descender hasta los 4700 o 4800 metros de altitud aproximadamente.
Estudios realizados en la Sierra Nevada del Cocoy concluyen que la proporción de retroceso del glaciar fue más del doble para los cuatro años, 2003-2007, comparados con el lapso de 1986- 2003. Se presenta así una tendencia lineal en la pérdida del glaciar; si la tendencia para el período 2003- 2007 continúa, el glaciar desaparecería en aproximadamente 20 años [1].
El lanzamiento del satélite Sentinel-2 a mediados de 2015 tiene características similares a los satélites Landsat TM / ETM + / OLI. Juntos, estos satélites producen una enorme cantidad de imágenes ópticas en todo el mundo, con una cobertura temporal creciente hacia latitudes más altas debido a sus órbitas polares. Debido a esta gran cantidad de imágenes, será cada vez más difícil elegir manualmente las mejores escenas de mapeo de glaciares como se hace actualmente para los métodos de mapeo de glaciares. A menudo tampoco es óptimo usar solo una escena debido a las condiciones de mapeo que varían regionalmente. Para explotar completamente el volumen de imágenes multitemporales, los métodos para mapear los glaciares deben revisarse [2].
La mayor parte de monitoreos se han realizado con trabajos de campo, donde muchas veces se presentan una serie de obstáculos para la colección de datos de esta manera la Geomática mediante la Teledetección permite realizar monitoreos con mayor facilidad, mediante el empleo de imágenes satelitales que sirve para determinar el área de deshielo de los glaciares [3].
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PARTE I. CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A nivel mundial existe una entidad cuyo objetivo principal es el monitoreo de los glaciares en el mundo, el Servicio Mundial de Monitoreo de Glaciares (WGMS) encargado de recopilar observaciones estandarizadas sobre los cambios en la masa, el volumen, el área y la longitud de los glaciares con el tiempo. Adicionalmente WGMS cuenta con un aplicativo móvil que permite conocer información completa de los glaciares existentes en cualquier parte del mundo. Sin embargo, esta información sobre los glaciares existentes en Colombia es escasa y no se encuentra actualizada. Por otra parte, en el país el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM a partir de monitoreos bimestrales conoce la dinámica glaciar mediante el cálculo del Balance de Masa, particularmente en la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán se conocen esta información, por otro parte, la utilización de tecnología puntualmente de imágenes satelitales se convierte en una herramienta esencial para el monitoreo de los glaciares debido a su extensión.
La Sierra Nevada de El Cocuy es una fuente hídrica fundamental puesto que consta de dos grandes vertientes, occidental (Magdalena) y oriental (Orinoco), adicionalmente alimenta diversos ríos como el Chicamocha, Casanare, Cubogón, entre otros. El constante monitoreo de la Sierra Nevada de El Cocuy permitirá conocer los cambios presentados en este importante glaciar colombiano, teniendo como base información conocida del glaciar y coadyuvando a su actualización periódica de forma sistemática y organizada. Consecuentemente este ayudará a entidades como el IDEAM a conocer en profundidad las dinámicas de los fenómenos existentes, aportará datos de mejor calidad para realizar análisis y generar posibles alertas que permitan prevenir y/o mitigar los riesgos que generan los diferentes fenómenos sobre los nevados glaciares.
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Por lo anterior el presente proyecto propone generar aplicativo de monitoreo con interfaz intuitiva de la Sierra Nevada del Cocuy que permita la colección de datos a través de la visualización de imágenes de satélite de sensores Landsat y Sentinel-2, que permita establecer los factores, determinar los fenómenos y patrones que afectan sustancialmente su extensión en área, fortaleciendo de esta manera el estudio y cuidado de esta importante fuente hídrica.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Construir un aplicativo Web que permita monitorear el cambio en la cobertura de la Sierra Nevada del Cocuy mediante la utilización de imágenes satelitales.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Diseñar la arquitectura del sistema para vincular las imágenes satelitales con la interfaz de usuario, estableciendo los requerimientos funcionales y no funcionales para su construcción. • Construir un aplicativo Web e interfaz de usuario mediante el uso de software libre para visualizar y manipular los datos de consulta. • Establecer el procesamiento y análisis de las imágenes satelitales mediante la aplicación del Índice Diferencial Normalizado de Nieve (NDSI). • Evaluar el rendimiento y usabilidad del aplicativo Web para su correcta funcionalidad de monitoreo.
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1.3 JUSTIFICACIÓN
La Sierra Nevada del Cocuy se encuentra como el glaciar más extenso de Colombia, además de ser una fuente abastecimiento de las cuencas más importantes del país como la del Magdalena y el Orinoco, como también de los casco urbanos El Cocuy, Güicán y Tame siendo este último el que más demanda hídrica anual presenta [4]. Para el año 2017, el área de la Sierra Nevada El Cocuy se calculó en 13,3 km2 equivalentes al 36% del área glaciar colombiana, en comparación con el año 1850 donde su área se encontraba en 148.7 km2 [5], los cambios tan abruptos de área en este glaciar es la razón por la cual se hace necesario monitorear la disminución de su extensión puesto que se encuentran próximos a la extinción.
Por otro lado las técnicas de teledetección son ideales para medir glaciares a gran escala, puesto que cubren áreas glaciarizadas remotas con relativamente poco esfuerzo [2], con insumos de imágenes que datan desde el año 2003 se realiza interpretación de imágenes satelitales de diferentes sensores remotos como Landsat TM/ETM, Spot, ALOS, RapidEye, QuickBird y Sentinel, esto tiene como finalidad conocer el área correspondiente a glaciar. El monitoreo a partir de imágenes satelitales se sustenta en la necesidad de conocer el territorio remota y periódicamente, adicionando de esta manera información que permita realizar estudios y análisis conociendo las imágenes específicas para el glaciar y de esta manera evitar la búsqueda en diferentes plataformas de las imágenes satelitales que logren cubrir la Sierra Nevada del Cocuy.
A través del aplicativo será posible visualizar el histórico de imágenes desde los últimos 15 años, que cubren el glaciar determinando un rango de tiempo específico, aplicaciones de este tipo permiten extraer información de imágenes satelitales dependiendo de la ubicación que desee el usuario, como lo realiza el Servicio de cobertura Web (WCS) desarrollado por el Open Geospatial Consortium (OGC), a partir de los datos históricos que se encuentren disponibles, el sistema le proporciona a los usuarios animaciones interactivas de imágenes satelitales en un período de tiempo determinado [6]. Teniendo de esta manera una herramienta que permite estudiar remotamente los cambios que se presentan en la Sierra
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Nevad del Cocuy alimentando así el conocimiento y análisis que se puede desarrollar desde el mismo aplicativo.
1.4 HIPÓTESIS
La Sierra Nevada del Cocuy ha presentado diversos cambios en su extensión a través del tiempo, con imágenes satelitales que datan del año 2003 se ha realizado el estudio de estos cambios, es decir, es posible analizar los cambios de área glaciar desde esta fecha hasta la actualidad con un rango temporal definido, teniendo en cuenta las características propias de las imágenes, de esta manera será posible seleccionarla y observarla a través del aplicativo Web, conociendo así el cambio de la Sierra Nevada del Cocuy a través del tiempo.
1.5 MARCO REFERENCIAL
1.5.1 MARCO TEÓRICO
Los cambios climáticos y el calentamiento global han tenido como consecuencia en las últimas décadas, una gran reducción de los casquetes glaciares en nuestro planeta, que se manifiesta por el retroceso de éstos [7]. Los glaciares andinos se encuentran entre los que disminuyen más rápidamente y son los que más contribuyen al aumento del nivel del mar en la Tierra. También representan recursos hídricos cruciales en muchas cuencas de montañas tropicales y semiáridas [8]. En los países de la Comunidad Andina se concentra el 95% de los glaciares tropicales del mundo, los cuales cubren hoy una superficie estimada en 2,500 km2. El 71% de los mismos están ubicados en Perú, el 22% en Bolivia, el 4% en Ecuador y el 3% en Colombia En todos ellos se observa un franco retroceso atribuible al calentamiento global [9]. Muchos de los ríos provienen de los glaciares, es por esta razón que el efecto que tiene el cambio climático en el deshielo de los glaciares afecta el ecosistema y poblaciones que dependen de esta provisión de agua la cual es utilizada en procesos de agricultura o de consumo humano.
Los glaciares son una masa de hielo que transforma agua sólida (nieve, granizo o escarcha) en hielo y la restituye en forma de vapor (por evaporación o sublimación) o en forma líquida
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(agua escurrida por el torrente emisario). La relación entre estas ganancias y pérdidas de masa se conoce como el balance de masa de un glaciar. Debido a que la acumulación neta es generalmente positiva en las partes altas de un glaciar (zona de acumulación), un exceso de carga produce flujos de hielo hacia la parte baja (zona de ablación). Este fenómeno se produce debido a que el hielo, desde un punto de vista mecánico, se comporta como un cuerpo visco- plástico que se deforma bajo el efecto de su propio peso [10].
Las observaciones glaciológicas y geodésicas (∼5200 desde 1850) muestran que las tasas de pérdida de masa de principios del siglo XXI no tienen precedentes a escala global, al menos para el período de tiempo observado y probablemente también para la historia registrada, como se indica también en reconstrucciones de escritos y documentos ilustrados [11].
La formación de las superficies glaciares es cíclica, esto comienza desde una precipitación solida producto de alteraciones atmosféricas que generan cambio de estado del agua provocando un congelamiento (líquido a solido) o sublimación inversa (gaseoso a solido), donde el actuar de estos procesos se evidencia en la caída de granizo y nieve en la superficie. Una vez depositada la nieve el cual son cristales de hielo, sobre la superficie (ya sea roca o suelo) una y otra vez, se van formando capas (mantos de nieve), el cual presenta espesores diferentes dependiendo de la intensidad de la precipitación sólida. Una vez formadas las capas, cada una de ellas ejerce presión sobre las capas inferiores, donde los cristales de hielo se compactan reduciendo los espacios de aire y agua formando lo que se denomina nieve granular y neviza [12].
Los programas espaciales permiten tener una observación constante de la Tierra y con esto mejorar los estudios de vigilancia y monitoreo de fenómenos naturales o cambios en la vegetación o en glaciares como es el caso, a partir de sensores remotos que se encuentran en órbita y ofrecen una cobertura espacial amplia al igual que un rango de tiempo igual de amplio el cual permite observar y monitorear un fenómeno.
El campo de teledetección ha crecido a lo largo de los años en variedad y sofisticación para el monitoreo de la superficie de la Tierra. Anteriormente, la teledetección se realizaba mediante fotografías aéreas hoy en día las imágenes de satélite es el método disponible para
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estudiar los glaciares, sobre todo debido a la falta de acceso a zonas remotas [13]. La mayor parte de monitoreos se han realizado con trabajos de campo, donde muchas veces se presentan una serie de obstáculos para la colección de datos; de esta manera la Geomática mediante la Teledetección nos permite realizar monitoreos con mayor facilidad, mediante el empleo de imágenes satelitales para determinar el área de deshielo de los glaciares [14].
La utilización de imágenes satelitales permite recolectar información en sitios remotos, abarcando una gran superficie de análisis y monitoreando visualmente áreas de difícil acceso, lo cual implicaría un gran costo tanto en tiempo como de recursos económicos [15].
1.5.2 MARCO CONCEPTUAL
1.5.2.1 Glaciar Sierra Nevada del Cocuy o Güicán (SNCG)
La Sierra Nevada del Cocuy se encuentra como el glaciar más grande del territorio colombiano, denominado por la comunidad indígena “Zizuma”, se encuentra localizada en la cordillera oriental de los Andes colombianos, entre los 6°21’ a 6°33’ de latitud norte y entre los 72°15’ a 72°19’ de latitud oeste, siendo así el único nevado que existe en la actualidad sobre dicha cordillera. El área glaciada se encuentra dentro de la jurisdicción de los municipios de Güicán, ubicado en el departamento de Boyacá, y el municipio de Tame, departamento de Arauca. El glaciar de la Sierra Nevada de El Cocuy hace parte de un área protegida, por el Parque Nacional Natural el Cocuy. La altura principal de este glaciar se ubica a 5380 msnm, en el pico Ritacuba Blanco, siendo esta la altura máxima de la Cordillera Oriental Colombiana [4].
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Ilustración 1. Ubicación geográfica de la Sierra Nevada del Cocuy. Tomado de [4]
El área glaciar ha variado considerablemente en el tiempo con una tendencia al decrecimiento, la información que se tiene al respecto data del año 1850 con un área glaciar de 148.7 km2, en la Tabla 1 se detalla los registro desde esa fecha hasta el año 2017, se tiene información del área glaciar en donde se evidencia una perdida considerable de la misma [16].
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Tabla 1. Datos de la evolución del área glaciar. Tomado de[16]
Evolución Área glaciar Sierra Nevada El Cocuy o Güicán Año Área glaciar(km2) 1850 148,7 1955 38,9 1985 35,7 1994 23,7 2003 19,8 2007 18,6 2010 16,3 2016 13,8 2017 13
1.5.2.2 Misiones espaciales Sentinel-2 y Landsat
La misión europea Copernicus Sentinel-2 comprende una constelación de dos satélites de órbita polar colocados en la misma órbita sincrónica del sol, en fase a 180 ° entre sí. Su objetivo es monitorear la variabilidad en las condiciones de la superficie terrestre, y su ancho de franja ancha (290 km) y su alto tiempo de revisión (10 días en el ecuador con un satélite y 5 días con 2 satélites en condiciones sin nubes, lo que resulta en 2-3 días en latitudes medias) apoyan el monitoreo de los cambios en la superficie de la Tierra. SENTINEL-2 lleva una carga útil de instrumento óptico que muestrea 13 bandas espectrales: cuatro bandas a 10 m, seis bandas a 20 m y tres bandas a una resolución espacial de 60 m [17].
Ilustración 2. Configuración orbital SENTINEL-2 de satélite doble. Tomado de [17]
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En cuanto a los productos de datos de nivel 1B, nivel 1C y nivel 2A que están disponibles para los usuarios, incluida la cuadrícula de mosaico de nivel 1C, esta cuadricula permite identificar la zona que cubre una imagen especifica.
La NASA y el Departamento de Agricultura desarrollaron y lanzaron el primer satélite civil de observación de la Tierra. Su objetivo se logró el 23 de julio de 1972, con el lanzamiento del Satélite de Tecnología de Recursos de la Tierra (ERTS-1), que luego pasó a llamarse Landsat 1. Los lanzamientos de Landsat 2, Landsat 3 y Landsat 4 siguieron en 1975, 1978 y 1982, respectivamente. Cuando se lanzó Landsat 5 en 1984, es el satélite con más información adquirida satelitalmente puesto que duro en 28 años 10 meses en órbita capturando imágenes satelitales Landsat 7 se lanzó con éxito en 1999, Landsat 8 en 2013, y ambos satélites continúan adquiriendo datos. El satélite Landsat 9 se está desarrollando hacia una fecha de lanzamiento de diciembre de 2020 [18].
Con la disponibilidad de imágenes adquiridas por NASA / USGS Landsat 8 y los satélites europeos de teledetección Copernicus Sentinel-2, es posible proporcionar una cobertura global de la superficie de la Tierra cada 3-5 días. La alta resolución temporal es un requisito previo para desarrollar productos de próxima generación a una resolución espacial moderada (10-30 m) [19].
1.5.2.3 Normalized Difference Snow Index (NDSI)
Los índices espectrales son combinaciones paramétricas simples de varios canales espectrales, están diseñados para reforzar la sensibilidad a fenómenos biofísicos particulares, como el verdor de la vegetación, el contenido de agua [20].
El índice espectral (NDSI) es el más usado para el cálculo de la cobertura glaciar a partir de imágenes de satélite son las clasificaciones, cocientes e índices entre bandas espectrales, técnicas que toman ventaja de la respuesta espectral del hielo y la nieve, al resaltarse las características de absorción y reflectancia propias de estos elementos, la capa de nieve es tan brillante como las nubes, y esto hace que sea difícil diferenciarla de ellas, con una longitud de onda de 1,6 mm, la capa de nieve absorbe la luz solar y por esa razón aparece representada
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más oscura que las nubes y de esta manera se logra diferenciar de forma efectiva entre las nubes y la capa de nieve [21].
El índice fue desarrollado por Dozier en el año de 1989 y es un método simple y establecido para identificar glaciares en imágenes multiespectrales[22].
Es un índice para detección de glaciares está definido por la siguiente ecuación:
퐺푟푒푒푛 − 푆푊퐼푅 푁퐷푆퐼 = 퐺푟푒푒푛 + 푆푊퐼푅
Donde:
Green: Reflectancia en el Canal Verde.
SWIR: Reflectancia en el canal del Infrarrojo de onda corta
1.5.2.4 Aplicación Web
Una aplicación Web se puede definir como una aplicación en la cual un usuario por medio de un navegador realiza peticiones a una aplicación remota accesible a través de Internet (o a través de una intranet) y que recibe una respuesta que se muestra en el propio navegador [23]
En una aplicación Web existe una interacción constante dado que el usuario se relaciona con el cliente Web para solicitar a un servidor Web el envío de los recursos que desea obtener y por otra parte el servidor Web está esperando permanentemente las solicitudes de conexión por parte de los clientes Web [23].
Un servidor Web es un programa que atiende y responde a las diversas peticiones de los navegadores, proporcionándoles los recursos que solicitan mediante el protocolo HTTP o el protocolo HTTPS (la versión segura, cifrada y autenticada de HTTP) [24].
1.5.2.5 Google Earth Engine
Google Earth Engine (GEE) aprovecha los servicios de computación en la nube para proporcionar capacidades de análisis en más de 40 años de datos de Landsat. Como
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plataforma de teledetección, su capacidad para analizar datos globales se presta rápidamente a ser una herramienta invaluable para estudiar diferentes campos de acción [25].
Es una nueva plataforma tecnológica que permite el monitoreo y la medición de los cambios en el entorno de la Tierra, a escala planetaria, en un gran catálogo de datos de observación de la Tierra. La plataforma ofrece acceso computacional intrínsecamente paralelo a miles de computadoras en los centros de datos de Google. Los esfuerzos iniciales se han centrado principalmente en el monitoreo y la medición de los bosques mundiales, en apoyo de las actividades de REDD + en el mundo en desarrollo [26].
GEE Se accede y se controla mediante una interfaz de programación de aplicaciones (API) accesible a través de Internet y un entorno de desarrollo interactivo (IDE) asociado que permite la creación rápida de prototipos y la visualización de resultados [22].
Los Principales Componentes de Earth Engine:
• Dataset: Un archivo a escala de petabytes de imágenes de sensores remotos disponibles públicamente y otros datos. • Compute Power: La infraestructura computacional de Google optimizada para el procesamiento paralelo de datos geoespaciales. • APIs: API para JavaScript y Python, para realizar solicitudes a los servidores de Earth Engine. • Code Editor: Entorno de desarrollo integrado (IDE) en línea para la creación rápida de prototipos y la visualización de análisis espaciales complejos utilizando la API de JavaScript [27].
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1.6 ASPECTOS METODOLOGICOS
La metodología de investigación que se utilizará en la investigación es inductiva puesto que es un proceso de conocimiento que comienzas por la observación de fenómenos particulares con el con el propósito de llegar a conclusiones y premisas generales que se pueden aplicar a situaciones similares a la observada. El método inductivo utiliza la experimentación para conseguir los datos necesarios que llevan al planteamiento de una conclusión general. Se comparan y analizan los datos que serán recolectados como es el caso de las imágenes satelitales lo que permite estudiar el cambio en el tiempo del área de estudio.
1.6.1 Organización del trabajo de grado
La metodología que se manejará para el presente proyecto tiene como guía la metodología ágil por estar especialmente orientadas para proyectos pequeños, esta metodología constituye una solución a medida, aportando una elevada simplificación que a pesar de ello no renuncia a las prácticas esenciales para asegurar la calidad del desarrollo [28]. Con esto se logra optimizar tiempo en el análisis, diseño y desarrollo, sus grandes ventajas se basan en lograr un desarrollo iterativo, incremental y adaptativo ya que permite realizar cambios sin que estos afecten los requerimientos establecidos. La metodología contara con tres fases, la fase I es la de análisis de requerimientos e inicia con la identificación y especificación de estos, la fase II corresponde al análisis de los componentes del sistema y el diseño de la arquitectura y por último la fase III se realiza la integración del sistema y se ejecutan las pruebas funcionales también se realiza los ajustes de calidad que se consideren necesarios y con esto se finaliza con la aceptación del sistema. A continuación, se presenta el diagrama metodológico del caso de estudio:
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DIAGRAMA METODOLÓGICO
FASE I. ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS FASE II. DISEÑO FASE III. DESARROLLO
Desarrollo de programación Levantamiento de Implementación y acceso Requerimientos y construcción
Especificación de No Cumple Requerimientos Desarrollo del diseño y Validación de visualización arquitectura No Valido Cumple Análisis de Requerimientos
Analisis de Componentes Pruebas y Resultados Valido
Ilustración 2. Diagrama metodológico elaborado para Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales. Fuente: Elaboración propia.
1.6.2 Estudio de sistemas previos En Colombia existe el IDEAM entidad encargada de monitorear en sitio los cambios que se presenten en la Sierra Nevada del Cocuy esto lo realizan con dos cámaras de foto seguimiento de última generación, estas cámaras son un insumo fundamental para la generación de memoria sobre la evolución y posible extinción de los glaciares en Colombia. Sin embargo, estas cámaras han sido instaladas en el año 2019 por lo que no se tiene un registro histórico fotográfico en sitio por lo que su evaluar su evolución se vuelve un trabajo más complejo es por esto por lo que la utilización de las imágenes satelitales son una herramienta muy útil para conocer el desarrollo evolutivo del Nevado. En cuanto a aplicativos Webs existentes se encuentran los desarrollado por el Servicio Geológico Colombiano (SGC) que permite monitorear los volcanes y todos los eventos geológicos que se presente en el país sin embargo no se ha desarrollado uno específico para hacer seguimiento a los Nevados no volcánicos.
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PARTE II. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
CAPÍTULO 2. GESTIÓN DEL PROYECTO
A continuación, se describe las condiciones del entorno de desarrollo que rodearon al proyecto entre las cuales se resaltan aspectos relacionados con la adquisición y manejo de imágenes satelitales para el cual se desarrolló el aplicativo.
2.1 FASE DE ANÁLISIS
El levantamiento de requerimientos se realizó tiendo en cuenta los diferentes aspectos que involucran todo el proceso de manipulación de las imágenes satelitales y con esto lograr identificar y especificar las funciones que el sistema debe hacer.
2.1.1 Requerimientos Funcionales Para generar el aplicativo encargado del monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy, se obtuvieron como fase inicial los siguientes requerimientos:
• RF-01: El aplicativo debe poder ejecutar una serie de imágenes en un rango determinado de tiempo lo cual permitirá visualizar imágenes Landsat, Sentinel-2 e índice NDSI para el área de interés. • RF-02: El aplicativo busca el conjunto de imágenes satelitales que se utilizará en el proceso de la generación del índice. • RF-03: Seleccionar el rango de tiempo de inicio y finalización de búsqueda de las imágenes satelitales. • RF-04: Seleccionar el sensor (Landsat 4, Landsat 5, Landsat 8 y Sentinel 2) que desee visualizar. • RF-05: Seleccionar el índice NDSI que corresponde a los ítems de rango de tiempo y tipo de sensor y visualizarlo en el aplicativo.
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• RF-06: Visualizar en el aplicativo el resultado de la búsqueda en la ubicación de la Sierra Nevada del Cocuy.
2.1.2 Requerimientos No Funcionales En esta sección se describen los requerimientos no funcionales identificando diferentes aspectos como visualización, persistencia y escalabilidad, características generales y restricciones del aplicativo que se está desarrollando:
• RNF-01: El aplicativo deberá implementar una interfaz gráfica que permita al usuario el ingreso de los datos y del mismo modo presentar los resultados obtenidos. • RNF-02: Debe ser de fácil entendimiento e intuitivo para el usuario y mostrar la información de manera dinámica y ágil. • RNF-03: Podrá acceder a la aplicación en cualquier momento, salvo que sea por un daño externo ajeno al sistema. Adaptable a navegadores Web • RNF-04: El sistema debe poder conectarse al repositorio en la nube de imágenes satelitales que ofrece la plataforma Google Earth Engine, con el fin de que estas sean seleccionadas en el aplicativo, permitiendo de esta manera realizar la consulta y procesamiento que realice el aplicativo.
2.2 FASE DE DISEÑO
2.2.1 Casos de Uso Los requerimientos estipulados en la fase de análisis son posibles cumplirlos determinando los casos de uso puesto que estos son los que definirán la forma en que se usará el sistema, son estos una parte vital en el proceso de desarrollo de software, puesto que permiten tener un bosquejo de una aplicación que describe de forma gráfica una secuencia de eventos permitiendo de esta manera evaluar las funcionalidades y componentes para el desarrollo del aplicativo Web.
Se identificaron los siguientes casos de uso orientados al proceso:
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• Visualizar (CU-01): Permite a los usuarios visualizar el mapa base para hacer uso de las diversas funcionalidades que provee el aplicativo Web. • Alejar (CU-02): Permite a los usuarios alejar la vista del mapa. • Acercar (CU-03): Permite a los usuarios acercar la vista del mapa. • Desplazar (CU-04): Permite a los usuarios desplazarse a lo largo y ancho del mapa base cuando así lo requiera. • Rango de Tiempo (CU-05): Permite a los usuarios seleccionar la venta de tiempo en la cual deseen hacer la búsqueda la imagen satelital, con la opción desde el inicio y finalización del tiempo establecido por año, mes y día. • Seleccionar Sensor (CU-06): Permite a los usuarios seleccionar el sensor del cual desea conocer el catálogo de imágenes. • Buscar Imágenes (CU-07): Permite a los usuarios acceder a la búsqueda de la imagen satelital. • Mostrar índice NDSI (CU-08): Permite al usuario conocer el índice correspondiente a los criterios establecidos como fecha y tipo de sensor
Ilustración 3. Diagrama Casos de Uso. Fuente: Elaboración propia
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2.2.2 Diagrama de clases
El presente diagrama muestra las clases establecidas con base a los requerimientos del cliente y los casos de usos establecidos, así mismo con sus respectivos atributos, operaciones y relaciones definidos para el aplicativo, lo que permite comprender el problema y de esta forma hacer el modelamiento de la visualización, generación del índice NDSI en diferentes rangos de tiempo y el sensor que se establezca conocer, para esto se establecieron seis clases
Ilustración 4. Diagrama Clases. Fuente: Elaboración propia
2.3 FASE DE DESARROLLO
El proceso de desarrollo de la aplicación Web se realizaron en Python y JavaScript haciendo uso de las distintas librerías que componen la plataforma de Google Earth Engine, de igual manera el lenguaje HTML para la estructuración de la visualización y el lenguaje CSS para los estilos del aplicativo en la Web. Los datos en la plataforma GEE se organizan en colecciones, generalmente compuestas de imágenes o características. Las imágenes contienen bandas (espectros, máscaras, productos, etc.), propiedades y metadatos. Las funciones pueden contener cualquier tipo de información necesaria para procesar datos, como
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etiquetas para algoritmos supervisados, polígonos para definir áreas geográficas, etc. Los usuarios pueden aplicar sus propias funciones definidas, o usar las que proporciona la API, usando una operación llamada mapeo, que esencialmente aplica una función sobre cualquier colección dada independientemente. Esto permite un procesamiento directo de grandes cantidades de imágenes y datos en paralelo [29].
Teniendo las colecciones de imágenes de Sentinel-2 MSI COPERNICUS/S2_SR, Landsat- 4 LANDSAT/LT04/C01/T1_TOA, Landsat-5 LANDSAT/LT05/C01/T1_TOA y Landsat-8 LANDSAT/LC08/C01/T1_TOA, luego con la colección se reduce para producir un nuevo producto que corresponde al índice NDSI. En la tabla 2 se presentan las características técnicas de las colecciones de imágenes.
Tabla 2. Características de las bandas Sentinel-2 MSI, Landsat-4, Landsat-5 y Landsat-8 utilizadas en este estudio. Cuatro bandas fueron utilizadas. Longitud de Sensor Periodo Banda Uso Resolución onda B2 Azul 496.6nm 10mts Sentinel-2 MSI: 28 Mar, 2017 B3 Verde 560nm 10mts MultiSpectral Instrument, - Actualidad Level-2A B4 Rojo 664,5nm 10mts B11 Shortwave Infrared (SWIR) 1613,7nm 20mts B1 Azul 0.45 - 0.52 µm Ago 22, 1982 Landsat 4 TM Collection 1 B2 Verde 0.52 - 0.60 µm - Dic 14, 30mts Tier 1 TOA Reflectance B3 Rojo 0.63 - 0.69 µm 1993 B5 Shortwave Infrared (SWIR) 1.55 - 1.75 µm B1 Azul 0.45 - 0.52 µm Landsat 5 TM Collection 1 Ene 1, 1984 - B2 Verde 0.52 - 0.60 µm 30mts Tier 1 TOA Reflectance May 5, 2012 B3 Rojo 0.63 - 0.69 µm B5 Shortwave Infrared (SWIR) 1.55 - 1.75 µm B2 Azul 0.45 - 0.51 µm Landsat 8 Collection 1 Tier Apr 11, 2013 B3 Verde 0.53 - 0.59 µm 30mts 1 TOA Reflectance - May 7, 2022 B4 Rojo 0.64 - 0.67 µm B6 Shortwave Infrared (SWIR) 1.57 - 1.65 µm
Las visualización y búsqueda de las imágenes satelitales que cubre la Sierra Nevada del Cocuy se introdujeron en el GEE. Es por esto por lo que su implementación es utilizando
solamente la API de Python de la plataforma GEE.
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CAPÍTULO 3. ARQUITECTURA EMPRESARIAL
Este capítulo de arquitectura empresarial se describen las condiciones del entorno por el cual el aplicativo Web fue alineado a las principales áreas de negocio
3.1 TOGAF
The Open Group Architecture Framework es un framework o marco de trabajo para trabajar la arquitectura empresarial en el cual se trabaja la estructura de organización de los elementos de la arquitectura con entregables para obtener elementos que permitan alinear las TIC con los objetivos estratégicos de una organización [30].
En términos generales, el Framework define unos dominios con los cuales se pretende contener un conjunto de herramientas tecnológicas que permitan unificar el lenguaje para mantener una metodología estándar, estos subsistemas son:
• Arquitectura de Negocio: Especifica las estrategias y procesos importantes del negocio de la organización o de la empresa. • Arquitectura de Datos: Especifica la forma en que se deben administrar los datos del negocio. • Arquitectura de Aplicaciones: Especifica las interacciones que existen entre las aplicaciones de software (Sistemas) del negocio. • Arquitectura de Tecnología: Especifica los componentes de Hardware, Software, Comunicaciones, Redes e Infraestructura necesaria para soportar el Core del Negocio.
ADM Es el método que utiliza TOGAF para desarrollar arquitecturas empresariales. El Architecture Development Method (ADM) es una metodología compuesta de 8 fases las cuales se trabajan de forma iterativa e incremental para el desarrollo de una arquitectura empresarial; el método puede ser ajustado y personalizado de acuerdo a las necesidades de las organizaciones [30].
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TOGAF ADM proporciona un proceso cíclico que se desarrolla y ejecuta mediante cada una de sus fases, las cuales se distribuyen de la siguiente manera:
• Fase preliminar • Fase A: Visión de la arquitectura. • Fase B: Arquitectura de negocio • Fase C: Arquitectura de los sistemas de información • Fase D: Arquitectura tecnológica • Fase E: Oportunidades y soluciones • Fase F: Plan de Migración • Fase G: Implementación de la Gobernabilidad • Fase H: Administración del cambio de la Arquitectura
Ilustración 5. Architecture Development Method. Tomado de [31]
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3.2 ARCHIMATE
Se adoptó el lenguaje de modelado Archimate el cual permite representar la arquitectura empresarial visualmente, como solución desde el punto de pista de negocio. Este lenguaje está alineado con el marco de trabajo TOGAF, es por esto que sus elementos permiten representar los dominios de Negocio, Aplicaciones, Tecnología y sus correspondientes interacciones para las fases B, C y D del ADM definido por TOGAF [32].
Ilustración 6. Correspondencia entre Archimate y TOGAF. Tomado de [33]
3.2.1 ORGANIZACIÓN La Sierra Nevada del Cocuy es una de las más grandes de Colombia se encuentra conformada por 25 picos cubiertos de hielo y nieve, en dos cadenas montañosas de aproximadamente 25 kilómetros de longitud por 4 de ancho. También cuenta con un área protegida el cual cuenta con páramos y una gran franja de bosque andino y selva basal que albergan gran diversidad de especies de fauna y flora. El aplicativo Web tiene como principal objetivo visualizar el cambio en el tiempo que ha presentado la Sierra Nevada del Cocuy.
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3.2.1.1 Punto de vista de organización
Ilustración 7. Metamodelo Punto de Vista Organización
3.2.1.2 Punto de vista cooperación de actor
En este punto de vista se va a describir como interviene el actor en el sistema de información y se detallará el rol que desempeña dentro del sistema y como el mismo cambia de acuerdo con cada una de las funciones.
Ilustración 8. Metamodelo Punto de Vista cooperación de actor
3.2.1.3 Punto de vista de función de negocio
Este punto de vista se va a describí las funciones implícitas por cada rol de la organización especificando como se interrelacionan cada una de las funciones para llevar a cabo la operación del negocio.
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Ilustración 9. Metamodelo Punto de Vista cooperación de actor
3.2.1.4 Punto de vista proceso de negocio
El proceso de negocio se basa en las fases desde el ingreso de la fecha de interés pasando por la búsqueda de las imágenes teniendo presente la asignación de la fecha, la selección del sensor y obteniendo las imágenes que cumplas con las características ingresadas.
Ilustración 10. Metamodelo Punto de Vista proceso de negocio
3.2.1.5 Punto de Vista de Cooperación del Proceso de Negocio
En esta sección se describí los eventos y servicios que intervienen en la cooperación del proceso del negocio para la organización,
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Ilustración 11. Metamodelo Punto de Vista de Cooperación del Proceso de Negocio
3.2.1.6 Punto de Vista del Producto
Lineamientos por los cuales se rige el aplicativo Web.
Ilustración 12. Metamodelo Punto de Vista del Producto
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3.2.2 APLICACIÓN Se define en esta sección mediante diferentes diagramas el comportamiento y principales funcionalidades de la aplicación, se define entonces el comportamiento de la aplicación de software que se plantea para el proyecto y con esto generar el software que permite monitorear La Sierra Nevada del Cocuy.
3.2.2.1 Punto de Vista Comportamiento de Aplicación
En este diagrama se detalla los principales componentes de la aplicación y cómo se comporta cada uno de acuerdo con sus diferentes funciones.
Ilustración 13. Metamodelo Punto de Comportamiento de la Aplicación
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3.2.2.2 Punto de Vista Cooperación de Aplicación
En la sección de front office se encuentran la imagen satelital y en índice correspondiente, en back office se encuentra el catálogo de imágenes.
Ilustración 14. Metamodelo Punto de Cooperación de la Aplicación
3.2.2.3 Punto de Vista Estructura de la Aplicación
En este diagrama se detalla los principales componentes de la aplicación y cómo se comporta cada uno de acuerdo con sus diferentes funciones.
Ilustración 15. Metamodelo Punto de Estructura de la Aplicación
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3.2.2.4 Punto de Vista de Uso de Aplicación
Este punto de vista se observará los procesos y componentes del uso de la aplicación.
Ilustración 16. Metamodelo Punto de Vista de Uso de Aplicación
3.2.3 TECNOLOGIA
3.2.3.1 Punto de Vista de Infraestructura
La aplicación se encuentra alojada en un servidor en la nube que es Google Earth Engine, donde interactúa el aplicativo Web.
Ilustración 17. Metamodelo Punto de Vista de Infraestructura
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3.2.3.2 Punto de Vista de Uso de Infraestructura
El prototipo estará alojado en un solo servidor con la tecnología de Google Earth Engine.
Ilustración 18. Metamodelo Punto de Vista de Uso de Infraestructura
PARTE III. CIERRE DE LA INVESTIGACIÓN
CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El aplicativo Web elaborado permite visualizar imágenes multiespectrales provenientes de los sensores Sentinel y las misiones de Landsat, específicamente para la ubicación de la Sierra Nevada del Cocuy adicionalmente se calcula el índice NDSI y tiene presente el rango de tiempo seleccionado por el usuario, logrando de esta manera tener información oportuna y a la mano para poder realizar diferentes tipos de interpretación tanto en las imágenes como en el índice, la aplicación cuenta con un rápido despliegue y procesamiento de toda la información analizada y a su vez es accesible de manera fácil y sencilla desde cualquier ordenador, ya que no depende de ningún sistema operativo o instalador para su despliegue.
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4.1 REQUERIMIENTOS
La aplicación se encuentra alojada en un servidor en la nube que es Google Earth Engine, donde interactúa el aplicativo.
4.2 ARQUITECTURA
Se definieron para la aplicación toda su arquitectura por medio de Archimet, se generaron los modelos de componentes y despliegue del sistema a través de los casos de uso y diagrama de clases.
4.3 INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO
El usuario establecerá la información que desea consultar: • Rango de tiempo: Establece el periodo de tiempo en el que se desea conocer la disponibilidad de imágenes existentes. • Sensor: Esta opción solo se despliega después de establecer el rango de tiempo, las opciones establecidas son Sentinel 2, Landsat 4, Landsat 5 o Landsat 8. • Aplicar Filtro: Este botón se activa cuando se halla definido los parámetros iniciales, desplegara en el siguiente botón los resultados. • Seleccionar Imagen: Se puede seleccionar las imágenes que cumplen con los criterios establecidos en las opciones anteriores. • Mostrar Índice: Se muestra el índice que corresponde a la imagen que selecciono en el ítem anteriormente mencionado. • Mapa Base: Por defecto aparece el mapa base de Google sin embargo también es posible seleccionar el mapa base de Satélite el cual es un mapa constituido por diferentes imágenes satelitales. • Alejarse y Acercarse: Es decir que se puede hacer zoom al mapa si se desea o alejarse del mismo.
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• Layers: Muestra la imagen que selecciono y se puede ocultar o darle transparencia si se desea • Cambio de vista a pantalla completa
Ilustración 19. Aplicativo Web de monitoreo de la Sierra Nevada del Cocuy o Güicán mediante el uso de Imágenes satelitales
Ilustración 20. Interfaz selección de rango de fechas
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Ilustración 21. Interfaz barra desplegable permite la selección del sensor y botón de búsqueda
Ilustración 22. Interfaz barra desplegable permite la selección de las imágenes
Ilustración 23.Interfaz botón permite mostrar el índice para la imagen seleccionada
Ilustración 24. Interfaz permite seleccionar el tipo de mapa, mostrar u ocultar la imagen seleccionada y acercarse o alejarse del mapa
4.4 PRUEBAS DE RENDIMIENTO
Se realizaron diferentes pruebas en la fase de desarrollo lo cuales permitieron determinar el tiempo de respuesta de la herramienta se considera alto puesto que al analizar los criterios que se definieron, el listado de imágenes se demora en promedio 15 segundos en realizar la búsqueda para un rango de tiempo de dos años, máximo de imágenes que puede soportar en una búsqueda es de 500 imágenes eso requiere un rango de tiempo bastante amplio, sin embargo teniendo en cuenta la temporalidad y la acotación de que realiza la búsqueda para
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la ubicación de la Sierra Nevada del Cocuy que se encuentra en las coordenadas longitud: - 72.28583304688681, latitud: 6.458040063083138 no es posible que tenga que hacer una búsqueda superior a 50 imágenes.
Ilustración 25. Ilustración del cálculo del índice NDSI para una imagen Landsat-8
4.1 PRUEBAS DE USABILIDAD
Se utilizo la norma ISO/IEC 25010 la cual establece los parámetros para la calidad del software, con el fin de ofrecer productos software con altos estándares y aseguramiento de la calidad. Con el objeto de medir la calidad de un producto software, teniendo en cuenta los procesos y factores que impactaron en el mismo. Priorizando las pruebas que se le pueden realizar al producto software, con el análisis de cada uno de los procesos del ciclo de vida, realizando cada una de las pruebas que tiene el desarrollo de software de aplicativos
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como lo son: funcionalidad, compatibilidad, interoperabilidad, localización, usabilidad y teniendo en cuenta los atributos que llevan a tener un aplicativo con estándares de calidad y basados en la normatividad [34]. Se han planteado diferentes observaciones respecto a los productos de software en cuanto a su calidad, siendo necesario establecer instrumentos que certifiquen sus características o guiar cómo abordar la optimización para garantizar el éxito y la consolidación de este tipo de desarrollo de software [35]. Para Colombia se ha presentado una propuesta que contempla una serie de pasos a tenerse en cuenta para desarrollar de forma consistente evaluación de la usabilidad de sitios Web. Trata de integrar bajo una sola propuesta, métodos y técnicas que, complementadas con actividades de definición del contexto, puede extraer la información necesaria para llegar a un consenso sobre el nivel de Usabilidad [36].
Ilustración 26. Modelo de Medición de Usabilidad basada en Jerarquía de tres Niveles. Tomado de [36]
Teniendo en cuenta lo anterior se toman 5 criterios de evaluación, los criterios se integran por métricas y atributos que los describen en este caso se tomaron los considerados como los más relevantes [37].
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Tabla 3. Metodología de evaluación. Tomado de [37]. Criterio Métrica Atributo Facilidad de Tiempo usado para terminar una tarea Aprendizaje aprendizaje Tiempo necesario para aprender Complacencia del usuario con la interacción Atracción Satisfacción Complacencia del usuario con los resultados Comunicación Estética Accesibilidad Compatibilidad con diferentes servicios Contenido Velocidad Tiempo de respuesta de los servicios Comandos involucrados en hacer una Eficiencia Desempeño humano tarea Recuperación Tiempo gastado en errores Eficacia diagnóstica de errores Mensajes de error
En el proceso de evaluación se establece una clasificación general con las siguientes características:
• Excelente: Rango 4.6 - 5.0 • Bueno: Rango 4.1 - 4.5 • Regular: Rango 3.0 – 4.0 • Malo: Rango <3.0
Teniendo en cuenta los ítems mencionados en la Tabla 3 y la clasificación expuesta anteriormente, se procede hacer la clasificación para cada uno de los criterios obteniendo un total de 4.4 lo que se traduce en una la usabilidad es excelente y los aspectos a mejorar se encuentran en los ítems de eficacia con una puntuación de 4.1 y satisfacción de 4.2. Es importante resaltar que el aplicativo cuenta con una interfaz gráfica de fácil uso y amigable con el usuario por lo cual el aprendizaje del aplicativo es rápido.
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Tabla 4. Evaluación de la usabilidad del aplicativo. Elaboración propia
Valor Criterio Métrica Atributo Atributo Tiempo usado para terminar una Facilidad de 4,5 Aprendizaje tarea aprendizaje Tiempo necesario para aprender 4,8 Complacencia del usuario con la 4 interacción Atracción Satisfacción Complacencia del usuario con los 4,2 resultados Comunicación Estetica 4,3 Compatibilidad con diferentes Accesibilidad 4 Contenido servicios Velocidad Tiempo de respuesta de los servicios 5 Desempeño Comandos involucrados en hacer Eficiencia 5 humano una tarea Recuperación Tiempo gastado en errores 4,2 Eficacia diagnostico de errores Mensajes de error 4
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES
En relación con el objetivo general se puede concluir que es posible observar el cambio de la cobertura del nevado a través del tiempo gracias a que el aplicativo cuenta con un histórico de imágenes desde 1987 hasta la actualidad por lo que las imágenes satelitales se convierten en una herramienta fundamental en el estudio de este tipo de fenómenos. El nevado de la Sierra Nevada de Cocuy está perdiendo progresivamente su cantidad de nieve que de acuerdo con los entes que estudian este fenómeno como el IDEAM, lo asocian al cambio climático y a las dinámicas propias de la región en la que se encuentran como lo es la reactivación de la actividad volcánica. Por lo que es necesario que las entidades estatales competentes tomen medidas para que la tendencia mostrada al visualizar las imágenes satelitales tome un rumbo que favorezca la conservación de los nevados.
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Gracias al desarrollo de la arquitectura del aplicativo por medio de la metodología de Archimet se logró implementar de forma exitosa el desarrollo del software teniendo en cuenta tanto los requerimientos funcionales como los no funcionales logrando la integración del aplicativo con la API de Google Earth Engine generando de esta manera un aplicación que posee una alta disponibilidad y seguridad, adicionalmente es de fácil acceso e intuitiva para los usuarios que deseen ingresar y utilizar el aplicativo.
Al desarrollar el aplicativo con JavaScript y Python fue posible genera una interfaz de usuario mediante Google Earth Engine que permite visualizar las imágenes con un rango de tiempo establecido en la ubicación de la Sierra Nevada del Cocuy, al realizar la búsqueda se logra observar que la cantidad de imágenes que se pueden encontrar en una consulta realizada por el usuario no satura el sistema puesto que no superan un número mayor a 30 imágenes teniendo el rango de tiempo más amplio que corresponde a la búsqueda con el sensor Landsat-5.
Se logro realizar el procesamiento de las imágenes satelitales mediante la generación del Índice Diferencial Normalizado de Nieve (NDSI) para cada tipo de sensor que se desee consultar, esta parte en particular fue la que presento mayo dificultad puesto que era necesario tomar dos bandas específicas de la imagen satelital y luego operarlas para obtener como resultado visual el índice correspondiente a la imagen seleccionada pese a esto es un producto que se puede generar mediante el uso de las imágenes y es de gran ayuda para procesos de interpretación como cambio de cobertura en el nevado.
Al ser una interfaz gráfica intuitiva para los usuarios puesto que es da respuesta rápida y se evaluación de aprendizaje es alta siendo del (4.7) se puede concluir que no es requerido algún tipo de conocimiento con anticipación para realizar las consultas de las imágenes en la Sierra Nevada del Cocuy sin embargo al generarse el índice NDSI se requiere cierto nivel de conocimiento relacionado a la interpretación y manipulación de las imágenes satelitales. Se recomienda tener en cuenta al momento de realizar la consulta de las imágenes satelitales, el sensor a seleccionar y la temporalidad con la cual cuenta cada una de las misiones de los sensores para que se realice la búsqueda de las imágenes con mayor éxito.
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CAPÍTULO 6. PROSPECTIVA DEL TRABAJO DE GRADO
Este capítulo presentara consideraciones adicionales y sobre las prospectivas del proyecto al igual que los trabajos de investigación futuros que surjan del mismo. El siguiente enlace corresponde al de la aplicación ya terminada https://vivianasarmiento.users.earthengine.app/view/sierra-nevada-cocuy.
6.1 LINEAS DE INVESTIGACION FUTURAS
Integrar a la aplicación con App Engine teniendo de esta manera una mejor escalabilidad de estas, adicionalmente implementar estadísticas, líneas de tiempo y entre otros datos de estadísticos que permitan ver la variación en el tiempo del deshielo en el nevado. Se recomienda realizar comparaciones entre imágenes dentro de la aplicación y así observar con mayor precisión el cambio mencionado, todo esto con la finalidad que se pueda dar seguimiento y monitoreo a la Sierra Nevada del Cocuy la cual pierde de forma alarmante área glaciar.
6.2 TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN FUTUROS
• Convertir y adaptar el aplicativo como una herramienta que permita monitorear el fenómeno que se presenta en el nevado apoyando de esta manera los equipos que se encuentran en sitio y de esta manera poseer más información. • Ser una herramienta con inteligencia de negocio incorporada que posea la capacidad de hacer reportes en tiempo real sobre la disminución o cambios que se presenten en la Sierra Nevada del Cocuy siendo así una herramienta fundamental para entidades como el IDEAM.
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