Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-1
Ana María Cuadros Valdivia; Christian Edilberto Portugal Zambrano; Enrique Alonzo Gutiérrez Salazar; Alfredo Paz Valderrama; Jorge Luis Poco Medina; Alexis Aldo Mendoza Villaroel; Ronald Romario Gutierrez Arratia; Alvaro Joel Ticona Motta; Levi Joel Castillon Urquiza; Percy Maldonado Quispe Percy
Objetivo
Proponer una plataforma de análisis visual que pueda revelar de formar intuitiva e interactiva el comportamiento espacio-temporal de grandes conjuntos de datos referentes a la calidad del aire y del clima en zonas rurales de la ciudad de Arequipa
Resumen:
La calidad del aire en los centros urbanos afecta directamente la salud de las personas y su desarrollo social. Para su monitoreo se usan sensores, que registran los valores de los principales agentes contaminantes en las zonas urbanas. Para determinar el nivel de contaminación en una determina área, no es suficiente solo con su registro, sino que, también se debe analizar cómo su comportamiento es afectado por los diferentes sucesos climatológicos. Pero cuando, estos datos crecen en volumen, las tareas de análisis se dificultan y, más aún, si cuando los datos capturados tienen características tan complejas: espaciales, temporales, multidimensionales, multivariados y heterogéneos. Es en este contexto que, el análisis visual de datos puede ayudarnos a entender las causas de los niveles de concentración en los aires contaminantes. Trabajos previos han demostrado que las propuestas tradicionales de análisis visual apoyan en desarrollar la capacidad analítica de los usuarios en comparación con otras técnicas de análisis estadístico y/o numérico. Pero aún, la mayoría de estas, no necesariamente expresan de manera intuitiva el comportamiento dinámico de los datos espacio-temporales, multivariados. Esto principalmente sucede porque las representaciones gráficas son plasmadas en espacios visuales 2D, y cuando se trata de procesar grandes conjuntos de datos, estas sufren principalmente de problemas de oclusión y escalabilidad visual. Siendo así, es que proponemos desarrollar una herramienta de análisis visual 3D que pueda revelar de forma intuitiva e interactiva la naturaleza evolutiva de la calidad del aire en diferentes escalas espacio temporales y con múltiples vistas en ambientes virtuales inmersivos. Las principales contribuciones de este proyecto incluyen: a) proponer técnicas de visualización 3D e interacción que permitan a los usuarios descubrir patrones y tendencias en grandes cantidades de datos de contaminación ambiental, b) identificar las relaciones entre la calidad del aire y los datos climatológicos de las áreas circundantes a través del análisis visual con múltiples vistas y, c) Proponer métodos de interacción más naturales apoyándonos en el uso de tecnologías inmersivas heterogéneas. Finalmente, se espera que con el desarrollo de este proyecto se sienten las bases para construir mejores espacios de análisis visual que apoyen efectivamente al usuario en las tareas de análisis y de toma de decisiones a través del desarrollo de un framework
Palabras clave
Calidad del aire, análisis visual de datos, análisis de datos espacio-temporales, visualización de datos abstractos 3D, interacción, realidad virtual, tecnología inmersiva, UNSA, AREQUIPA
Problema central
La contaminación del aire afecta la salud y nutrición de las personas aumentando su vulnerabilidad e intensificando las condiciones de pobreza. En Arequipa el total de emisiones de impacto ambiental emitidas en la cuenca atmosférica son 87,416 toneladas al año aproximadamente, de los cuales el 78% son generados por las emisiones vehiculares y el 22% son generadas por emisiones de fuentes estacionarias como las ladrilleras y cementeras. Esto ocasiona que, en los últimos años, la concentración de material particulado (PM)se ubique por encima del estándar de calidad del aire promedio que es de 100 ug/m3. El Estado Peruano ha promulgado una serie de normas y políticas sin éxito. Esto se debe principalmente, a que los entes estatales no cuentan con herramientas de análisis de datos complejos que reflejen el dinamismo espacio-temporal. ¿Porqué se requiere de herramientas que manipulen datos complejos?, porque el monitoreo del aire se realiza por el despliegue (espacial) de estaciones sensoriales (tiempo) que capturan datos multidimensionales, heterogéneos (provenientes de diferentes fuentes) y multivariados (escalares y vectoriales) y de gran escala. Por lo que es necesario contar con herramientas que modelen el comportamiento de los datos ambientales que tienden a big data, multivariados, multidimensionales y típicamente variantes en el tiempo sobre diferentes distribuciones espaciales. Debido a esta naturaleza de los datos, el empleo de técnicas computacionales numéricas por sí solas no son suficientes, se necesitan de técnicas de análisis visual interactivo que ayuden a los tomadores de decisiones a comprender el comportamiento complejo de los atributos y que les permitan tomar decisiones correctas.
Hipótesis planteada
Resultados esperados
02 Artículos científicos aceptados a una revista indizada en la base Scopus o Web of Science/ISI.
01 Ponencias de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos de nivel científico internacional.
01 Egresados títulados/graduados con la opción tesis formato artículo.
Así Mismo se presentará:
Prototipo de Análisis visual interactivos en datos espacio-temporales para el monitoreo de la calidad del aire socializado con autoridades regionales a través de la Oficina de Transferencia Tecnológica o de Derechos de Autor y Patentes de la UNSA.
Impactos esperados
Proponer nuevas técnicas de visualización 3D y de técnicas de interacción en ambientes inmersivos virtuales que sean igual o mejor que las propuestas en laboratorios de investigación internacionales
Impacto social al incrementar la posibilidad de tomar mejores decisiones, no solo para mitigar los efectos de la contaminación ambiental, sino para diseñar mejores políticas de desarrollo social. Indirectamente, en el futuro, podría servir como apoyo para guiar los viajes de los residentes en los espacios urbanos, regular el tráfico, fortalecer la atención médica para enfermedades respiratorias y para insistir en los departamentos de protección ambiental la fiscalización en empresas que emitan aires contaminantes de sostenibilidad de la ciudad de Arequipa.