UNIVERSIDAD DON BOSCO DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA PROYECTO DE GRADUACIÓN: Implementación de un prototipo del sistema para el monitoreo y videovigilancia de las unidades de transporte público en la ciudad de San Salvador basado en IoT y GPS PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRO EN ARQUITECTURA DE SOFTWARE AUTORES: MARÍA GUILLERMINA VELASCO PÉREZ JEOVANNI ALEXANDER HERNÁNDEZ MORALES OSCAR NOÉ RIVERA PINEDA ASESOR: MG. MAURICIO ORLANDO FIGUEROA CHICAS Antiguo Cuscatlán, La Libertad El Salvador Centroamérica JULIO, 2022 Rector Universidad Don Bosco Dr. Mario Rafael Olmos Secretaria General Inga. Yesenia Xiomara Martínez Oviedo Director de Educación a Distancia Mg. Eduardo Menjívar Valencia Coordinador de la Maestría Mg. Mauricio Orlando Figueroa Chicas Nombre del asesor del proyecto de graduación Mg. Mauricio Orlando Figueroa Chicas Nombre del Lector Mg. Denis Alfredo Altuve Santamaría ii ÍNDICE RESUMEN 1 LISTA DE ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS 2 INTRODUCCIÓN 6 CAPÍTULO 1. FORMULACIÓN GENERAL 8 1.1 Valor de innovación 8 1.2 Relevancia social 9 1.3 Objetivos 10 1.3.1 Objetivo General 10 1.3.2 Objetivos específicos 10 1.4 Descripción del producto 11 1.4.1 Frontend 12 1.4.2 Backend 14 1.4.3 Equipo seleccionado para frontend 16 1.4.4 Equipo seleccionado para backend 25 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL 27 2.1 ¿Cómo surgió la video vigilancia? 27 2.2 Videovigilancia IP 28 iii 2.3 Sistema de Posicionamiento Global GPS 29 2.3.1 La evolución del Sistema de Posicionamiento Global o GPS 29 2.4 Google Cloud Platform 31 2.5 Cloud Storage 33 2.6 Cloud Run 35 2.7 Big Data 36 2.8 BigQuery 36 2.9 Firebase 37 2.10 Cloud Firestore 38 2.11 Realtime Database 38 2.12 Arduino 38 2.12.1 Espressif Systems 39 2.12.2 Módulo ESP-12E ESP8266 WIFI 39 2.13 Internet de las Cosas 39 2.14 ¿Cómo funciona el IoT? 40 CAPÍTULO 3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 41 3.1 Principales teorías 42 3.2 Sistemas de videovigilancia y GPS disponibles en El Salvador 50 3.3 Posturas y contradicciones 52 iv 3.4 Roadmap general de la propuesta 54 CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA 59 4.1 Tipos de investigación 59 4.2 Alcance y cobertura 60 4.3 Diagnóstico 68 4.4 Métodos de recolección de datos 71 4.4.1 Investigación bibliográfica 71 4.4.2 Investigación de campo 71 4.4.3 Investigación aplicada 73 4.5 Recolección y validación de datos 74 4.6 Resultados 75 CAPÍTULO 5. PROPUESTA DE LA SOLUCIÓN 76 5.1 Diseño del sistema 76 5.1.1 Diagrama de comunicación: capa frontend 77 5.1.2 Arquitectura del sistema 79 5.1.2.1 Componentes sugeridos 81 5.1.3 Diagrama de clases 81 5.1.4 Base de datos 84 5.1.5 Funcionalidad en aplicación web 88 v 5.1.5 Diseño de frontend web 88 5.2 Desarrollo de la solución 95 5.2.1 Estructura general del proyecto 95 5.2.2 Frontend 96 5.2.2.1 Librerías comunes de Arduino 98 5.2.2.2 GPS Location 98 5.2.2.3 Captura de imágenes usando Firebase 101 5.2.3 Backend 102 5.2.3.1 Bases de datos en Firebase 102 5.2.3.2 Cloud Storage (bucket) 112 5.2.3.3 Firebase Function para creación de recorridos 113 5.2.4 APIs 117 5.2.4.1 Conversión de imagen a vídeo 117 5.2.4.2 Microservicio para obtener el contenido multimedia (URL Authenticated) 122 5.2.4.3 Google Cloud APIs 125 5.2.5 Aplicación web 128 5.2.5.1 Servidor Nginx 128 5.2.5.2 Principales funciones en Javascript 129 vi 5.2.5.3 Páginas principales para monitoreo 132 5.2.5.4 Páginas sugeridas para desarrollar 134 5.2.6 Proceso de integración continua y despliegue continuo 135 RESULTADOS 137 Dispositivos IoT 137 Firebase como almacenamiento 139 Cloud Functions para ejecuciones basadas en eventos 142 DISCUSIONES 148 Análisis de viabilidad 148 Tecnología e innovación 148 Financiera 149 Operativa 153 Seguridad 154 Retos 155 CONCLUSIONES 158 RECOMENDACIONES 160 REFERENCIAS 162 APÉNDICE A. Preguntas incluidas en la encuesta 169 APÉNDICE B. Resultados de la encuesta 174 vii B.1 Datos demográficos 174 B.2 Nivel de seguridad actual 178 B.3 Cambios por sistema de GPS y videovigilancia proyectados 189 APÉNDICE C. Guía de entrevista al director de Tránsito Terrestre 195 1 RESUMEN El transporte colectivo es el medio de transporte más utilizado por los salvadoreños, es por esto que desde el Viceministerio de Transporte (VMT) se deben hacer esfuerzos para garantizar que el transporte público sea seguro y eficiente. En la actualidad, este servicio es provisto por la empresa privada, pero existe un nivel de intervención del estado a través de subsidios, ley de transporte, regulaciones a los precios de los pasajes, entre otros, por lo cual podría ser factible emprender un proyecto de geolocalización y videovigilancia en cada unidad del transporte. La presente propuesta, expone un sistema que permitirá conectar las unidades de transporte colectivo a un único sistema central que brindará la capacidad de monitorear la ubicación, y transmitir imágenes en tiempo real, utilizando dispositivos configurados a la medida, basados en microcontroladores de bajo costo, como el ESP32 o el Esp8266 que transmitirán la geolocalización, y el ESP32-CAM que transmitirá imágenes de múltiples cámaras hacia la nube de Google Cloud Platform (GCP). Adicionalmente, se detallan las especificaciones técnicas y funcionalidad requerida de los procesos que reciben la ubicación e imágenes de videovigilancia de las unidades del transporte y la preparan para poder presentar esta información en tiempo real. Incorporar videovigilancia y ubicación en tiempo real de las unidades de transporte colectivo en el área metropolitana de San Salvador proveerá de herramientas e información de primera mano al VMT y la Policía Nacional Civil (PNC) para poder planificar los esfuerzos de brindar seguridad y a la misma vez mejorar el servicio del transporte colectivo para que sea más eficiente y organizado. 2 LISTA DE ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS AGC: Control Automático de Ganancia, por sus siglas en inglés AMSS: Área Metropolitana de San Salvador API: Interfaz de Programación de Aplicaciones, por siglas en inglés AT: Transmisión Automática, por sus siglas en inglés BaaS: Backend como un Servicio, por sus siglas en inglés BLC: compensación de contraluz, por sus siglas en inglés CAM: Cuerpo de Agentes Metropolitanos CF: Función de la Nube, por sus siglas en inglés CI/CD: Integración Continua/Desarrollo Continuo, por sus siglas en inglés CCTV: Circuito Cerrado de Televisión, por sus siglas en inglés CSJ: Corte Suprema de Justicia DHCP: Protocolo de Configuración Dinámica de Host, por sus siglas en inglés DOM: Modelo de Objeto de Documento, por sus siglas en inglés DUI: Documento Único de Identidad DVR: Grabador de Video Digital, por sus siglas en inglés DWDR: Rango Ancho Dinámico Digital, por sus siglas en inglés FGR: Fiscalía General de la República FUSADES: Fundación Salvadoreña para el Desarrollo Económico y Social GCP: Plataforma de la Nube de Google, por sus siglas en inglés GPRMC: Información de tiempo, fecha, posición, curso y velocidad; por sus siglas en inglés GPRS: Servicio General de Paquetes vía Radio, por sus siglas en inglés 3 GPS: Sistema de Posicionamiento Global, por sus siglas en inglés GSM: Sistema Global de Comunicaciones Móviles, por sus siglas en inglés GTFS: Especificación General de Flujo de Información de Tránsito, por sus siglas en inglés HTTP: Protocolo de Transferencia de Hipertexto, por sus siglas en inglés HTTPS: Protocolo Seguro de Transferencia de Hipertexto, por sus siglas en inglés HDCVI: Interfase Compuesto de Video de Alta Definición, por sus siglas en inglés HLC: Compensación Resalte, por sus siglas en inglés IDE: Entorno de Desarrollo Integrado, por sus siglas en inglés IP: Protocolo de Internet, por sus siglas en inglés ITS: Sistema de Tránsito Inteligente, por sus siglas en inglés IUDOP: Instituto Universitario de Opinión Pública IaaS: Infraestructura com un Servicio, por sus siglas en inglés IFSEC: Exhibición y Conferencia Internacional de Fuego y Seguridad, por sus siglas en inglés IoT: Internet de las Cosas, por sus siglas en inglés JSON: Notación de Objeto de Javascript, por sus siglas en inglés LED: Diodo Emisor de Luz, por sus siglas en inglés MAC: Control de Acceso a Medios, por sus siglas en inglés MOP: Ministerio de Obras Públicas y Transporte MQTT: Transporte de Cola de Mensajes Telemétricos, por sus siglas en inglés NMEA: Asociación Nacional de Electrónicos Marítimos, por sus siglas en inglés NoSQL: Bases de Datos No Relacional, por sus siglas en inglés NTSC: Comité Nacional de Estándares de Televisión, por sus siglas en inglés 4 OASIS: Organización para el Avance de Estándares de Información Estructurada, por sus siglas en inglés OBU: Unidades a Bordo, por sus siglas en inglés PIB: Producto Interno Bruto PNC: Policía Nacional Civil PNUD: Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo PSRAM: Memoria de Acceso Aleatorio Pseudo Estática, por sus siglas en inglés RAM: Memoria de Acceso Aleatorio, por sus siglas en inglés RFID: Identificación por Radio Frecuencia, por sus siglas en inglés RSU: Unidades de Control, por sus siglas en inglés SDK: Kit de Desarrollo Estándar, por sus siglas en inglés SITRAMSS: Sistema Integrado de Transporte del Área Metropolitana de San Salvador SQL: Lenguaje de Consulta Estructurado, también se refiere a Bases de Datos Relacionales, por sus siglas en inglés SRAM: Memoria de Acceso Aleatorio Estática, por sus siglas en inglés SaaS: Software como un Servicio, por sus siglas en inglés SLA: Contrato de nivel de Servicio, por sus siglas en inglés TA: Autoridades de Transporte, por sus siglas en inglés TF: Tarjeta TransFlash, por sus siglas en inglés URL: Recurso Universal de Ubicación, por sus siglas en inglés USB: Bus Serial de datos Universal, por sus siglas en inglés VMT: Viceministerio de Transporte 5 VN: Red Vehicular, por sus siglas en inglés WPA: Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas, por sus siglas en inglés YAML: Yaml no es un Lenguaje de Marcado, por siglas recursivas en inglés 6 INTRODUCCIÓN La mayoría de la población salvadoreña hace uso del transporte público para movilizarse en sus actividades cotidianas (Presidencia de la República de El Salvador [PRES], 2021), y por lo tanto la seguridad y el bienestar de la población durante el tránsito en dicho medio de transporte debe ser una prioridad para el gobierno de El Salvador. El Estado, a través del Viceministerio de Transporte y la PNC han desplegado personal para verificar que se cumplan los requerimientos impuestos al transporte público, a través de controles vehiculares y ubicación de agentes de la PNC en los buses en rutas y horas en forma muestral. En el marco de la propagación del Internet de las Cosas (IoT), surge la oportunidad de incorporar elementos a las unidades de transporte que puedan completar tales tareas de monitoreo de una forma centralizada. Dentro de los dispositivos que se pueden utilizar se encuentran cámaras web, módulos de rastreo GPS, procesadores livianos, por ejemplo, Arduino, y routers con acceso a Internet a través de redes telefónicas que se pueden comunicar constantemente con un módulo de procesamiento situado en la nube como los servicios de Google Cloud Platform. Dicha instrumentalización de las unidades de transporte público añadirá capacidades adicionales a la forma actual de control como la ubicación en tiempo real de todas las unidades de transporte, y también disponer de un monitoreo de videovigilancia dentro de las unidades desde un lugar remoto. A continuación, se presenta una propuesta para incorporar módulos de geolocalización a través de GPS y videovigilancia en los buses y microbuses en el gran San Salvador, soportadas por una aplicación central alojada en la nube; adicionalmente, se mencionan los beneficios que la 7 aplicación proporcionará al VMT y a la PNC, y la forma de aprovechar la funcionalidad brindada por la solución propuesta. 8 CAPÍTULO 1. FORMULACIÓN GENERAL 1.1 Valor de innovación La implementación del proyecto puede permitir que el servicio de transporte público brindado en las unidades tenga una mejoría en aspectos fundamentales de este tipo de servicios como lo son: 1. La seguridad, mediante el monitoreo en tiempo real de lo que sucede dentro de las unidades será posible que las autoridades actúen de manera más efectiva a los delitos que ocurren en su interior. 2. Control de rutas, mediante el uso de la tecnología GPS será posible mejorar el control de las rutas que las unidades de transporte siguen, lo cual podría evitar que los motoristas realicen desviaciones que no son permitidas en sus recorridos. 3. Actualmente el gobierno de El Salvador está luchando por dar un subsidio a los empresarios dueños de flota de vehículos, usados en transporte público, de manera justa. Para ello, deben validar que las unidades realmente están en funcionamiento y que están cumpliendo sus recorridos. Este proyecto podría ayudarles a monitorear de mejor manera y controlar los pagos de subsidios por unidad. 4. Mejora en el servicio al público, por medio del uso de todo un sistema integrado de video vigilancia y elementos de IoT, el proyecto puede brindar una herramienta que permita realizar análisis para el incremento de las unidades de transporte colectivo en horas que son más demandadas por la población, de esta manera se evitan las aglomeraciones y se mejora en gran medida el servicio brindado a los usuarios. 9 1.2 Relevancia social Aportes del proyecto mediante su implementación: ● Aportes esperados del prototipo: ○ Monitoreo en tiempo real de una unidad de transporte mediante un algoritmo. ○ Trazabilidad de rutas mapeadas según su recorrido registrado. ○ Escaneo de las unidades mediante fotografía de videovigilancia. ○ Base de datos con registros geográficos. ○ Interfaces de integración con otras aplicaciones. ● Aportes esperados al Viceministerio de transporte público (al hacer efectiva la implementación de la propuesta): ○ Que el sistema propuesto pueda identificar la posición exacta de una unidad del transporte público en tiempo real. ○ Que el sistema propuesto pueda proveer en tiempo real el acceso a videocámaras de una unidad de transporte con el fin de elaborar estrategias de asignación de seguridad pública a los usuarios. ○ Que el sistema propuesto pueda proveer un análisis de los tiempos y rutas con el objetivo de generar estrategias de crecimiento de más unidades de transporte público y que resulte en una mejor experiencia al usuario. ○ Que el sistema propuesto tenga la capacidad de adaptarse e integrarse, en un futuro, con otras aplicaciones para ofrecer información del estado real de las unidades de transporte público. 10 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo General Implementar el prototipo del sistema de monitoreo y videovigilancia en unidades de transporte público en la ciudad de San Salvador, basado en IoT y GPS, para ofrecer al VMT la ventaja competitiva de mejorar la seguridad y el ordenamiento en estaciones o paradas oficiales del transporte. 1.3.2 Objetivos específicos ● Establecer la planificación del proyecto que ofrezca una guía de implementación del sistema para el Viceministerio de Transporte, que permita su ejecución de manera eficiente. ● Identificar los componentes de software y hardware necesarios para el diseño de la arquitectura del sistema de monitoreo y videovigilancia de las unidades de transporte público en la ciudad de San Salvador. ● Realizar el prototipo de solución, confirmando mediante resultados, que podrá ser implementado en las distintas rutas del transporte público de San Salvador. ● Ofrecer un análisis de viabilidad indicando las ventajas, desventajas y condiciones sobre las cuales es viable la implementación del proyecto. 11 1.4 Descripción del producto Las tecnologías existentes para geolocalización son diversas y siguen mejorándose constantemente, actualizando aquellas funciones que permitan identificar de forma más precisa la ubicación en tiempo real de personas y dispositivos. La selección de estas depende de los costos y la facilidad de integración entre los componentes requeridos para el tipo de producto a entregar. La aplicación propuesta define como principales funciones la geolocalización y videovigilancia en tiempo real. Es un producto innovador dentro del país para las unidades de transporte público del VMT, ya que, si bien existen soluciones similares como Moovit, Waze, OnTrack Road, Uber app; no se tiene una solución aplicada controlada directamente por el VMT para el monitoreo de unidades de transporte público, lo que reciben son reportes entregados por los empresarios dueños de las flotas de vehículos, que son entregados posteriormente sin la definición exacta de un proceso de compartimiento de datos. La implementación de este producto se divide en dos partes: la primera, que consiste en dispositivos que deben ser instalados en las unidades móviles conectadas a Internet, a esta parte se le denominará frontend; y la segunda, que incluye la infraestructura de monitoreo, a esta se le denominará backend. La figura 1 muestra los elementos que conforman la solución y a continuación se explica cada uno de ellos. 12 Figura 1 Diagrama de componentes del producto Nota. Elaboración propia, año 2022. 1.4.1 Frontend 1. Cámaras de video: conjunto de cámaras IP que permiten una transmisión de imagen en tiempo real a dispositivos mediante Internet. Las cámaras deben contar con opciones de configuración para el almacenamiento y backup de los videos y datos. De esa forma se puede gestionar un almacenamiento local inicial y transmitir a la infraestructura en la nube la información mediante conexiones bidireccionales. 2. Router inalámbrico/redes móviles: el router es un dispositivo de redes que se encarga de identificar y enrutar los paquetes de datos entre dos o más redes facilitando su interconexión para asegurar los servicios que solicita el cliente. Existe una extensa variedad de modelos de dispositivos inalámbricos, los cuales varían según las especificaciones de portabilidad, ancho de banda, tarifas de 13 datos, autonomía, estética y seguridad; para el caso de uso actual, conviene invertir en routers inalámbricos portátiles, que puedan colocarse en las unidades de transporte, a su vez tener autonomía, es decir, no requerir conexión de alimentación, al menos 6 horas y una capacidad mayor a 1500 mAh, que cuenten con una ranura para tarjeta SIM, de esa forma establecer comunicación a Internet. Como alternativa, se puede utilizar redes móviles desde cualquier celular, los teléfonos inteligentes de hoy tienen un módem incorporado en su interior para traducir las frecuencias en señales eléctricas y así conectar a la red de telefonía. 3. Placas de desarrollo: una unidad de microcontrolador (MCU) es una pequeña computadora autónoma que se encuentra en un solo circuito integrado o microchip adaptado sobre una placa de desarrollo que permite codificar y transformar datos en información de utilidad. Cuentan con distintos pines y sensores, así como leds que pueden servir para dar respuestas o indicar estados, están ideados para realizar tareas puntuales sin la necesidad de un sistema operativo como Linux o Windows. Existe una amplia gama de modelos que cuentan con implementaciones según el tipo de sensor incorporado, algunos pueden colectar la temperatura, tiempo, humedad, servir de servidores de datos, capturar imágenes, entre otros. Para la propuesta de este proyecto, será de utilidad elegir aquellas placas de desarrollo de bajo consumo que cuenten con microcontroladores que incorporan Wifi para transmitir la información y que puntualmente capturen información de geolocalización e imágenes. 14 1.4.2 Backend 1. IoT: el Internet de las cosas (IoT) describe objetos físicos que están integrados con sensores, capacidad de procesamiento, software y otras tecnologías que se conectan e intercambian datos con otros dispositivos y sistemas a través de Internet u otras redes de comunicación. Servirá para conectar múltiples cámaras de video y los sensores de arduino para compartir dicha información con los componentes en la infraestructura de la nube. Se tendrán que considerar elementos de seguridad para evitar que los datos sean comprometidos. 2. Firebase database: se requiere una base de datos de tipo geográfica que permita el almacenamiento rápido de los latitud y longitud, de igual forma representar los puntos en mapas visuales que permitan a los usuarios finales ubicar las unidades de transporte. Firebase es una plataforma de aplicaciones que almacena datos como JSON y se sincroniza con todos los clientes conectados en tiempo real por lo que es ideal para el producto a construir. 3. Google maps API: Google ofrece una API altamente comercializada para poder localizar activos, dispositivos en tiempo real. Esta API cuenta ya con varias opciones de integración en distintos lenguajes de programación; siendo la más fácil, a través de la infraestructura en la nube de Google, Google Cloud Platform (GCP). El costo del uso de la API depende de la cantidad de mapas y concurrencia de llamadas a la API a realizar, por lo que será un factor a proyectar. 4. Cloud Storage: el almacenamiento de videos es demandante por el peso (MB o GB) de cada archivo de datos, por lo que es requerido un espacio de 15 almacenamiento centralizado, con posibilidad de mantener los archivos en un período determinado de tiempo. GCP ofrece el servicio de almacenamiento y backups de los mismos en la nube de forma segura, de fácil gestión y escalamiento. 5. Cloud Run: para mostrar los mapas con la ubicación de las unidades y la salida del monitoreo en tiempo real es requerido un sitio web, que muestre mediante interfaces de usuario la información de una manera amigable. Run permite desplegar aplicaciones empaquetadas a un bajo costo, incluyendo escalabilidad e integración con firebase para la gestión de datos. 6. BigData: como punto final y opcional, el análisis de videos es complejo debido a que los archivos crecen rápidamente; sin embargo, si se desea hacer una comparación en los videos guardados de la videovigilancia el BigData es una alternativa altamente recomendable. Esta tecnología puede establecer estructura en los grandes volúmenes de datos de vídeo desestructurados guardados en Cloud Storage, ayudando a entender mejor patrones y tendencias significativos. Dependerá del VMT incluirlo como parte de la inversión ya que los costos de análisis podrían ser altos en base a la cantidad de videos a analizar. Todos estos componentes concluyen transformando la información para ser presentada ante una interfaz web o móvil a usuarios administrativos del VMT que podrán identificar mejoras en el servicio de transporte público para la seguridad y distribución de unidades que abastezcan la cantidad de usuarios. 16 1.4.3 Equipo seleccionado para frontend Para elegir el equipo es necesario evaluar proveedores de servicio e identificar aquellos que se ajusten mejor al producto. Las cámaras de video pueden variar en calidad, precio y características. A continuación, en la tabla 1, se hace la comparación entre tres dispositivos para capturar video que son de costo moderado o bajo, y que pueden cumplir con las necesidades del proyecto planteado. Tabla 1 Comparación entre dispositivos para cámara de videovigilancia Cámara Domo, Uso vehicular. HIKVISION AE- VC123T-ITS (Vigilancia inteligente [VI], 2022) Cámara móvil 2MP WDR PoE micrófono Dahua HAC- HM3200L-F (VI, 2022) ESP32-CAM (Waveshare, 2022) Marca: HIKVISION Modelo: AEVC123T-ITS Marca: DAHUA Modelo: HAC-HM3200L-F Marca: Ai-Thinker Modelo: ESP32-S Costo: $72.00 sin IVA Costo: $37.00 sin IVA Costo: $20.00 Características: ● HD 720P HD 1MP ● Lente 2.8mm ● Distancia: 20 m Características: ● NTSC: 1920(H) x 1080(V ● Lente: 2.8mm ● Distancia: 10 m Características: ● Módulo ESP32-S integrado, compatible con WiFi + Bluetooth 17 ● Iluminación: 0.1 Lux/F1.2 ● Rango de Temperatura (40°~75°) ● Protección IP68 ● AGC, HLC, BLC, DWDR, 2D- NR ● Iluminación: 0.02Lux/F2.0, 0.002lux/F2.0(B/W) ● Anti-shock ● Salida HDCVI (Conector Aviador) ● Micrófono incorporado ● 12V corriente directa +/- 25% ● Cámara OV2640 con flash ● Ranura para tarjeta TF integrada, admite tarjetas TF de hasta 4G para almacenamiento de datos ● Admite monitoreo de video WiFi y carga de imágenes WiFi ● Admite modos de suspensión múltiple, corriente de suspensión profunda de hasta 6 mA ● Se puede acceder a la interfaz de control a través de pinheader Nota: Elaboración propia a partir de la información de proveedores, 2022. Se puede inferir que la segunda opción de la tabla anterior cubre las expectativas en cuanto a un precio cómodo e integración con unidades que se encuentran en movimiento, en este caso posee anti-shock que puede ayudar a transmitir de mejor forma el video. También cabe 18 mencionar que elegir una opción económica en cuanto a videocámara es válido cuando se cuenta con IoT como elemento complementario para la integración de múltiples dispositivos y comunicación para la transmisión y almacenamiento de los datos. Por otra parte, hoy en día las compañías de telecomunicaciones ofrecen routers portátiles a distintos precios el mercado, considerando la autonomía que estos tengan, las redes soportadas (2G/3G/4G/5G), portabilidad, estética y la seguridad a través de firmware. A continuación, se listan algunos modelos para comparar sus precios y características (Professional Review, 2022). HUAWEI E5576 4G Mobile WiFi - Mobile WiFi 4G LTE (CAT4) Punto de acceso, Velocidad de descarga de hasta 150Mbps, Batería recargable de 1500mAh, No se requiere configuración, Wi-Fi portátil ● Una solución de bolsillo para conseguir WiFi a bajo precio, solo se requiere elegir la mejor opción de proveedor en el país e insertar la tarjeta SIM para conectarse. El dispositivo está completamente desbloqueado en todas las redes. ● Alta velocidad de descarga 4G a 150MB/s para disfrutar de una experiencia de WiFi. ● Crea un punto de acceso WiFi conectándo hasta 16 dispositivos habilitados para WiFi, incluidos tu teléfono, portátil, tableta, consola y otros. ● Una capacidad de batería recargable de 1500 mAh, 6 horas de tiempo de trabajo, 350 horas de tiempo de espera (el tiempo real de la batería puede variar según los diferentes entornos de uso). 19 ● Huawei 4G Mobile WiFi E5576 permite garantizar la seguridad en línea en todos los dispositivos conectados y desconectar cualquier dispositivo con solo tocar un botón. ● El precio ronda alrededor de $60.00, más impuestos de importación. Huawei E8372 Wingle 4G desbloqueado WiFi / modem LTE WLAN–blanco ● Huawei E8372 "wingle" está abierto a todas las redes, solo se requiere una tarjeta SIM y acepta conexiones 4G. ● Requiere ser conectado mediante puerto USB, para producir un punto de acceso WiFi, nocuenta con batería integrada, por lo que el stick debe usarse directamente en un adaptador de alimentación o bien en el puerto USB del vehículo, ya que solo necesita 5V. ● Conecta hasta 10 dispositivos de distintos tipos: computadoras, teléfono móvil, consolas de juegos, entre otros. ● Peso pequeño, delgado y ligero, conveniente para movilidad. ● Tiene una velocidad de descarga de 150 MB/s y velocidad de subida de 50 MB/s. ● El preci ronda alrededor de $65 dólares, más impuestos de importación. TP-Link M7000 - Router 4G móvil, Wifi MiFi 4G Cat4, 150 mbps, Batería 2000 mAh, Conexiones hasta 10 dispositivos ● Admite la última generación de redes 4G LTE, puede alcanzar velocidades de descarga de hasta 150 MB/s y subida de 50 MB/s. 20 ● [Comunicación WiFi fácil hasta 10 dispositivos] - Plug and play, simplemente inserte una tarjeta SIM 4G para crear su punto de acceso de doble banda. Comparta instantáneamente la conexión 4G/3G con hasta 10 dispositivos inalámbricos como tabletas, teléfonos móviles, computadoras portátiles, consolas de juegos y más. ● [Ganador del premio Red Dot Design Award] - El Mifi 3G M5350 de TP-Link ganó el premio Red Dot Design Award en 2013. Ahora el M7000 está de vuelta con el mismo diseño y con la red 4G LTE de última generación. ● [8 horas de transmisión continua de 4G]: con la potente batería de 2000 mAh, el M7000 puede funcionar durante 8 horas a plena capacidad y 600 horas en modo de espera. Para mayor flexibilidad, el dispositivo se puede cargar a través de un cable micro USB a una computadora portátil, un cargador o mediante el adaptador incluido para una conexión 4G sin fin. ● Precio alrededor de $50.00 dólares, más impuestos de importación. Junto a la adquisición de un router inalámbrico hay que considerar también el precio del plan de navegación (mediante SIM) que se adquirirá. Como primer acercamiento, un plan de navegación de 10 GB puede cubrir el uso de datos de los dispositivos para geolocalización y videocámara, cuyo costo ronda por los $21.00/mensuales, según proveedores locales (Tienda en línea Claro, 2022). En cuanto a placas de desarrollo para la geolocalización, se pueden comparar dispositivos de arduino versus dispositivos de Espressif Systems (ESP). Ambos cuentan con una variedad de 21 microprocesadores y placas de integración, sin embargo, se recomiendan las placas de desarrollo de ESP ya que estas cuentan con módulos de WiFi/Bluetooth que facilitan la integración en proyectos de IoT. En el mercado local se encuentran dos placas de desarrollo orientadas a la geolocalización (F. José, 2021): Placa de desarrollo ESP32 ● Es uno de los tableros de desarrollo creados por DOIT para evaluar el módulo ESP- WROOM-32. Se basa en el microcontrolador ESP32 que cuenta con Wifi, Bluetooth, Ethernet y soporte de bajo consumo, todo en un solo chip. ● La placa ESP32 contiene ESP32-WROOM, fuente de alimentación de 3,3V necesaria para el ESP32 y un convertidor USB a serie para facilitar la programación. ESP32-WROOM-32 es un potente módulo genérico de Wi-Fi+BT+BLE MCU que se dirige a una amplia variedad de aplicaciones, que van desde redes de sensores de bajo consumo hasta las tareas más exigentes, como la codificación de voz, la transmisión de música y la decodificación de MP3. ● En el núcleo de este módulo está el chip ESP32-D0WDQ6*. El chip incorporado está diseñado para ser escalable y adaptable ya que cuenta con 36 GPIOs. Hay dos núcleos de la CPU que pueden ser controlados individualmente, y la frecuencia del reloj de la CPU es ajustable de 80 MHz a 240 MHz. ● La alimentación de la placa Esp32 se suministra a través del conector USB Micro B incorporado o directamente a través del pin "VIN". La fuente de alimentación se selecciona automáticamente. El dispositivo puede operar con un suministro 22 externo de 6 a 20 voltios. Si usa más de 12V, el regulador de voltaje puede sobrecalentarse y dañar el dispositivo. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios. ● El ESP32 soporta una velocidad de datos de hasta 150 Mbps, y una potencia de salida de 20,5 dBm en la antena para asegurar el más amplio rango físico. Como tal, el chip ofrece especificaciones líderes en la industria y el mejor rendimiento para la integración electrónica, el alcance, el consumo de energía y la conectividad. ● El sistema operativo elegido para el ESP32 es freeRTOS con LwIP; TLS 1.2 con aceleración por hardware también está incorporado. También se admite la actualización segura (cifrada) por aire (OTA), de modo que los desarrolladores pueden actualizar continuamente sus productos incluso después de su lanzamiento. Placa de desarrollo NODEMCU (ESP8266) ● La placa de desarrollo basado en ESP8266, integra GPIO, PWM, IIC, 1-Wire y ADC, todo en un solo tablero. Contiene una fuente de alimentación de 3.3V necesaria para el ESP8266 y un convertidor USB a serie para una fácil programación. ● El microprocesador incorporado ESP8266EX de Espressif ofrece una solución WiFi SoC altamente integrada para satisfacer las continuas demandas de los usuarios de un uso eficiente de la energía, un diseño compacto y un rendimiento fiable en la industria del IoT. ● Además de las funcionalidades WiFi, también integra una versión mejorada del procesador de 32bits de la serie L106 Diamond de Tensilica y el SRAM en chip. 23 Puede ser interconectado con sensores externos y otros dispositivos a través de los 17 GPIOs con los que cuenta. ● Cada aplicación almacenada dentro del ESP8266 inicia rápidamente desde el flash. La caché de alta velocidad integrada ayuda a aumentar el rendimiento del sistema y a optimizar la memoria del sistema. Además, el ESP8266EX puede aplicarse a cualquier diseño de microcontrolador como adaptador WiFi a través de interfaces SPI/SDIO o UART. Al comparar ambas placas, las diferencias más relevantes radican en la capacidad y precio. El ESP32 tiene un rango más amplio de implementación además de una mejor recepción de WiFi, pero su costo es mayor al ESP8266. Se considerarán ambos para confirmar su viabilidad, facilidad de programación e integración. Para realizar una prueba de concepto, será necesario adquirir un set mínimo de componentes para instalar y comunicar con la infraestructura en la nube, siendo los siguientes una estimación de costos representativos para el equipo de frontend seleccionado como se muestra en la tabla 2. Tabla 2 Costos representativos para el equipo seleccionado Elemento Descripción Cantidad Costo unitario Costo total Placa de desarrollo Módulo de desarrollo 1 $14.00 $14.00 24 para geolocalización. (Arduino Store SV ESP32, 2022) ESP32 con Wifi, conexión por USB para programación y alimentación de poder, con procesador de 32bits. Placa de desarrollo para geolocalización, segunda opción (Arduino Store SV ESP8266, 2022) Placa de desarrollo NODEMCU v2.0 con CP2102, conexión por USB para programación y alimentación de poder, con procesador de 32bits. 1 $11.00 $11.00 Cámara de videovigilancia (Arduino Store SV OV2640, 2022) Kit de desarrollo de ESP32- CAM OV2640 ESP32 WIFI. Incluye adaptador de microSD y antena para mejor recepción. 2 $20.00 $40.00 Router portátil Wifi (Professional Review, 2022) Router HUAWEI E5576 4G Mobile WiFi. Precio base $60.00 más $10.00 estimados de impuestos. 2 $70.00 $140.00 25 Plan de navegación (Tienda en línea Claro, 2022) Plan todo incluido, 10GB de Internet, SMS a redes Claro. 1 $21.00 $21.00 Costo total del equipo $226.00 Nota: Elaboración propia, 2022 1.4.4 Equipo seleccionado para backend Para este producto, se propone el uso de Google Cloud Platform, ya que ofrece fácil integración con tecnologías como GPS y/o IoT. En la tabla 3 se listan algunos de los componentes mínimos sugeridos, y una estimación de alto nivel de la capacidad requerida por cada elemento. Tabla 3 Costos de infraestructura estimados, propuesta de uso inicial Elemento Descripción Cantidad Costo mensual Capa de datos - Base de datos Firestore Almacenamiento orientado a objetos, tipo de datos: objetos JSON. 30 GB de almacenamiento al mes. 1 $3.13 Capa de datos - almacenamiento de archivos Cloud Storage: 1TB de capacidad de almacenamiento de archivos. 1 $23.55 26 Capa web - Cloud Run Solución para sitio web en GCP. Tipo de máquinas: F2. 512 MB y 1.2 GHz CPU. 2 $124.10 API - Google Maps API para la geolocalización. Tiene un free-tier inicial, dependiendo de la cantidad de mapas y concurrencia el plan puede variar. 1 $0.00 Capa de negocios BI - BigQuery Ejecución de Queries para reportería analítica. 500 GB de almacenamiento, 1TB disponible para ejecución de queries (Opcional). 1 $19.11 Costo total por mes $169.89 Nota: Elaboración propia a partir de Google Cloud Calculator (Google Cloud Calculator, 2022) Cabe mencionar, que durante el levantamiento del producto no se tendrá dicho volumen de transacciones o mensajería. 27 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL En la actualidad se conoce la necesidad de contar con sistemas de videovigilancia y sistemas de rastreo en tiempo real o GPS que ayuden a mejorar la seguridad en los vehículos, en el caso de la presente investigación de manera puntual la mejora de la seguridad es orientada al transporte público a través del uso de dichas tecnologías. 2.1 ¿Cómo surgió la video vigilancia? A pesar de que las cámaras cinematográficas tuvieron sus inicios en 1880, no fue sino hasta 1942 que las cámaras fueron usadas como un elemento de seguridad en un circuito cerrado CCTV (Circuito Cerrado de Televisión). Los primeros sistemas sólo incluían cámaras en blanco y negro conectadas a monitores, y fueron creados para monitorizar el lanzamiento de cohetes. Este hecho marca los inicios de la videovigilancia, que a lo largo de la historia ha tenido un crecimiento vertiginoso. En un principio, la videovigilancia requería de un circuito cerrado continuamente monitoreado por un humano para funcionar, pero con la creación de las cintas de vídeo, este proceso se haría más fácil gracias a la posibilidad de grabar lo que sucedía en las cámaras. En los 60 's la videovigilancia se hizo más común ya que en esta década las cámaras estaban ubicadas en sitios estratégicos en lugares públicos. Menos de una década después, bancos y tiendas empiezan a usar esta tecnología como una medida de seguridad añadida en contra del robo. Durante las siguientes dos décadas las mejoras tecnológicas, como una mejor visión en situaciones de poca luz, y cámaras más 28 pequeñas, permitieron que esta tecnología se adentrará también en los hogares como un método para mantener a las familias seguras (Cadavid Parra [CADAVID], 2017). 2.2 Videovigilancia IP Es una tecnología de vigilancia visual que combina los beneficios analógicos de los tradicionales CCTV con las ventajas digitales de las redes de comunicación IP (Internet Protocol), permitiendo la supervisión local y/o remota de imágenes y audio, así como el tratamiento digital de las imágenes, para aplicaciones como el reconocimiento de matrículas o reconocimiento facial, entre otras. El despliegue resulta más sencillo y económico que un CCTV, puesto que aprovecha la red informática empresarial, es decir, el mismo cableado que se emplea para la comunicación de datos, acceso a Internet o correo electrónico, sin necesidad de desplegar una infraestructura de cableado coaxial específica para nuestra red de videovigilancia. La mayoría de las instalaciones más modernas están abandonando la tecnología analógica en favor de la videovigilancia IP, dada su versatilidad, funcionalidad, sencillez y optimización de las infraestructuras existentes en la compañía (Dointech SAS., 2022). Después, en los 90 's, el lanzamiento de las cámaras IP marca el nuevo nacimiento de la videovigilancia, en donde las cámaras se conectan a una red de Internet sin la necesidad de un computador, permitiendo a los usuarios revisarlas constantemente desde cualquier dispositivo con conexión a Internet. Hoy en día, la videovigilancia es una herramienta indispensable de la seguridad. El último avance, el reconocimiento facial, hace de la videovigilancia una herramienta atractiva para muchos nichos de negocio e inclusive, gobiernos enteros, siendo también un medio por el cual muchas empresas controlan el transporte, ya sea de mercancías o transporte de 29 personas. Las empresas de manufactura de cámaras de videovigilancia trabajan en el hardware y software, con herramientas como la seguridad de extremo a extremo, permitiendo que las soluciones de seguridad sean más asequibles a los usuarios, más seguras y les permitan mayor control de lo que sucede en sus casas, áreas de trabajo, colegios o lugares abiertos (Como aeropuertos o plazas). Sin embargo, surgen nuevas consideraciones junto a los componentes que se suman a la videovigilancia a través de la red. Según el reporte de videovigilancia de 2017, dirigido por IFSEC, se encontró que los sistemas de seguridad basados en DVR(Digital Video Recorder) y en nube, eran igual de vulnerables a intrusiones maliciosas. Con eventos como la intrusión en el circuito cerrado de televisión en la Washington DC, ocho días antes de la inauguración presidencial en enero del 2017 (CADAVID, 2017), la preocupación por la seguridad cibernética en la videovigilancia se ha convertido en un punto a seguir para las soluciones de seguridad, ya que, aunque durante muchos años se consideró la videovigilancia como una solución completa de seguridad, al final de cuentas es tan sólo una herramienta. 2.3 Sistema de Posicionamiento Global GPS El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegación que utiliza satélites, un receptor y algoritmos para sincronizar datos de ubicación, velocidad y tiempo para viajes por aire, mar y tierra (Geotab, 2020). 2.3.1 La evolución del Sistema de Posicionamiento Global o GPS El sistema de posicionamiento global o GPS fue creado con el objetivo de reemplazar al sistema Transit, creado en 1965 fruto de un esfuerzo conjunto entre la Nasa y el departamento 30 de defensa de Estados Unidos. Transit presentaba poca precisión en cuanto al aporte de datos de ubicación, donde se podían encontrar lapsos de tiempo sin ninguna cobertura, ya que contaba sólo con 6 satélites y arrojaba datos con un error mayor a los 250 metros. Nació así el sistema GPS en la década del 70, donde se puede determinar con una exactitud menor a los 5 metros, donde se encuentra una persona o un objeto, mediante el cálculo del tiempo que tarda la señal en llegar al receptor GPS, multiplicado por su velocidad. Funciona con un mínimo de 4 satélites visibles de un total de 24 que son parte de la constelación NAVSTAR (ver Figura 2), que orbitan por toda la superficie del planeta, dando así una cobertura global. Cada satélite contiene un reloj atómico de gran precisión, sincronizado con los demás (GPSSatelital, 2018). Figura 2 Constelación de 24 satélites Nota. Tomado de Miller A., 2015 31 A partir del año 1983 el sistema GPS satelital brindó su tecnología al ejército de Estados Unidos. Como herramienta militar de gran precisión, la fue incorporando a sus misiles, y vehículos en general. A comienzos del año 2000, el sistema GPS fue liberado para uso civil en todo el planeta, pero con un margen de error entre 5 y 10 metros. A partir de aquí comienzan a fabricarse los receptores GPS individuales y portátiles, siendo los primeros los de la empresa Trimble Inc y Texas Instruments (GPSSatelital, 2018). La videovigilancia, junto con esta tecnología GPS se combinan de forma complementaria para ofrecer más información a través de imágenes y posicionamiento en los sistemas de seguridad. El siguiente reto consiste en definir un almacenamiento constante, centralizado y escalable en donde se tenga respaldo y formas de consulta posteriores y frecuentes. 2.4 Google Cloud Platform Google Cloud Platform o GCP es la infraestructura en la nube de alto rendimiento de Google que dirige el tráfico de datos y los flujos de trabajo de todos los usuarios de Google, y su uso principal es servir para la creación y el despliegue de aplicaciones y sitios web con Google. GCP tiene una gama de servicios excepcionalmente amplia, como Infraestructura como servicio (IaaS), Plataforma como servicio (PaaS) o Software como servicio (SaaS). Ofrece soluciones para bases de datos, almacenamiento en la nube y redes. Además, los clientes de GCP tienen acceso gratuito a Cloud Console (CloudStore, 2022). Básicamente, Google Cloud Platform aporta todas las herramientas necesarias para diseñar, hacer testings y lanzar aplicaciones desde cloud con mucha más seguridad y escalabilidad que cualquier otra herramienta, gracias a la propia infraestructura con la que Google cuenta (Ordorica I., 2020). 32 GCP cuenta con muchas herramientas brindadas a través de diferentes tecnologías todas basadas en la nube, la Figura 3 muestra el conglomerado de estas herramientas. Figura 3 Google Cloud Platform, herramientas disponibles a ofrecer Nota. Tomado de Ordorica I., 2020 Las empresas, en la actualidad, cuentan con una gran ventaja al disponer de los servicios de Google, puesto que son herramientas muy complejas que costaría muchísimo desarrollar in house (Ordorica I., 2020). Estos son los beneficios de Google Cloud Platform para las organizaciones: ● Open Source: GPC es una tecnología flexible y escalable, al ser de código abierto. Esto da la posibilidad de personalizar las herramientas al máximo, según las necesidades de cada empresa. 33 ● Seguro: Google Cloud Platform cuenta con la infraestructura de Google, la cual brinda casi un 100% de fiabilidad y disponibilidad. Sin ningún periodo inactivo programado. Por otro lado, usa sus redes privadas, por lo que los ciberataques son prácticamente imposibles. ● Innovador: se tratan de herramientas modernas, con las últimas novedades del mercado, lo cual permitirá que la empresa que lo utiliza esté a la cabeza de la transformación digital en sectores como el machine learning, big data o inteligencia artificial. ● Asequible: algunas de sus herramientas, incluso, son gratis. Y las que son de pago, tienen precios muy competitivos con diferentes planes; para que cualquier empresa, grande o pequeña que sea, se pueda beneficiar de los beneficios de GCloud. Como se puede observar en la imagen anterior sobre cómo están estructuradas las herramientas de GCP son muchas las opciones que este proveedor brinda, en las secciones siguientes se definen aquellas que tienen relación con el proyecto que se está desarrollando. 2.5 Cloud Storage Cloud Storage es un servicio para almacenar sus objetos en Google Cloud. Un objeto es un dato inmutable que consta de un archivo de cualquier formato. Almacena objetos en contenedores llamados buckets. Todos los cubos están asociados con un proyecto y pueden agrupar sus proyectos en una organización (Google Cloud Storage, 2022). Para conocer la estructura de Cloud Storage ver la Figura 4. 34 Figura 4 Estructura de Cloud Storage en GCP, ejemplo Nota. Tomado de Google Cloud Storage, 2022 Ejemplo de jerarquía de Google Cloud Así es como la estructura de Cloud Storage se puede aplicar a un caso real: ● Organización: una empresa, llamada Example Inc., crea una organización de Google Cloud llamada exampleinc.org. ● Proyecto: Example Inc. está construyendo varias aplicaciones, y cada una está asociada con un proyecto. Cada proyecto tiene su propio conjunto de API de Cloud Storage, así como otros recursos. 35 ● Bucket: cada proyecto puede contener varios buckets, que son contenedores para almacenar sus objetos. Por ejemplo, puede crear un depósito de fotos para todos los archivos de imagen que genera su aplicación y un depósito de videos separado. ● Objeto: un archivo individual, como una imagen llamada cachorro.png 2.6 Cloud Run Cloud run es un servicio administrado por Google Cloud Platform para el desarrollo e implementación de aplicaciones en contenedores altamente escalables utilizando una variedad de lenguajes de programación (Go, Python, Java, Node.js, .NET y más) en una plataforma completamente administrada. Utiliza la tecnología de contenedores (containers) que permite empaquetar cualquier aplicación y replicarla, según la demanda de requerimientos que ésta reciba, para ofrecer alta escalabilidad y respuestas en tiempos aceptables. Todos los clientes de Google Cloud obtienen 2 millones de solicitudes por mes completamente gratis (Google Cloud, 2022). Algunas de las ventanas que se obtienen del uso de este tipo de herramienta son: ● Lenguajes populares. Permite desplegar una aplicación en Node.js, Java, Ruby, C#, Go, Python o PHP, o en su propio tiempo de ejecución de lenguaje. ● Abierto y flexible. Los cambios pueden ser aplicados en segundos, el desarrollador solo debe enfocarse en construir la funcionalidad del sistema y las herramientas de integración permiten desplegar los cambios en segundos. Se pueden mover los cambios empaquetados entre ambientes: desarrollo, pruebas, producción, al utilizar contenedores de Docker. 36 ● Totalmente administrado. Cloud Run abstrae toda la administración de la infraestructura al escalar automáticamente hacia arriba y hacia abajo desde cero casi instantáneamente, según el tráfico. Cloud Run solo te cobra por los recursos exactos que usas. ● Potente diagnóstico de aplicaciones. Se puede utilizar Cloud Monitoring y Cloud Logging para monitorear el estado y el rendimiento de la aplicación y Cloud Debugger and Error Reporting para diagnosticar y corregir errores rápidamente. 2.7 Big Data Los sistemas de Big Data almacenan y procesan cantidades masivas de datos. Es natural alojar una infraestructura de big data en la nube, porque proporciona almacenamiento de datos ilimitado y opciones sencillas para el procesamiento y análisis de big data altamente paralelizado. Google Cloud Platform proporciona varios servicios que admiten el almacenamiento y el análisis de big data. Posiblemente, el más importante sea BigQuery, un motor compatible con SQL de alto rendimiento que puede realizar análisis en volúmenes de datos muy grandes en segundos. GCP proporciona varios otros servicios, incluidos Dataflow, Dataproc y Data Fusion, para ayudar a crear una infraestructura completa de big data basada en la nube (Perry Y., 2021). 2.8 BigQuery BigQuery es un almacén de datos multi nube sin servidor, altamente escalable y rentable diseñado para la agilidad empresarial. BigQuery permite almacenar y consultar conjuntos de datos que contienen grandes cantidades de datos. El servicio utiliza una estructura de tabla, es compatible con SQL y se integra a la perfección con todos los servicios de GCP. BigQuery puede 37 ser utilizado tanto para el procesamiento por lotes como para la transmisión. Este servicio es ideal para análisis fuera de línea y consultas interactivas (Perry Y., 2021). Ofrece una variedad de beneficios a los usuarios entre los cuales se pueden mencionar (Google Cloud BigQuery, 2022): ● Permite obtener información con análisis predictivos y en tiempo real. Permite la consulta de datos de streaming en tiempo real y obtener información actualizada de todos los procesos de negocio. Permite predecir los resultados empresariales fácilmente con el aprendizaje automático integrado, sin necesidad de mover datos. ● Permite acceder a datos y compartir información con facilidad. Da la facilidad de acceder de forma segura y compartir información analítica en la organización con unos pocos clics. Crear fácilmente informes y tableros sorprendentes utilizando herramientas populares de inteligencia comercial, listas para usar. ● Permite proteger sus datos y operar con confianza. El usuario puede confiar en los sólidos controles de seguridad, gobernanza y confiabilidad de BigQuery que ofrecen alta disponibilidad y un SLA de tiempo de actividad del 99,99 %. Protege los datos con cifrado predeterminado y claves de cifrado administradas por el cliente. 2.9 Firebase Firebase es un backend como servicio (Baas). Proporciona a los desarrolladores una variedad de herramientas y servicios para ayudarlos a desarrollar aplicaciones de calidad, hacer crecer su base de usuarios y obtener ganancias. Está construido sobre la infraestructura de 38 Google. Firebase se clasifica como un programa de base de datos NoSQL, que almacena datos en documentos similares a JSON. Firebase ofrece una variedad de servicios entre los cuales se pueden mencionar: Authentication, Realtime Database, Cloud Firestore, Notifications, Test lab, Hosting, entre otros, Educative. (2021). 2.10 Cloud Firestore Firestore es una base de datos flexible y escalable para el desarrollo móvil, web y de servidor de Firebase y Google Cloud. Mantiene los datos sincronizados entre las aplicaciones de los clientes a través de escuchas en tiempo real y ofrece soporte sin conexión para dispositivos móviles y web que permite crear aplicaciones receptivas que funcionen independientemente de la latencia de la red o la conectividad a Internet. Firestore permite estructurar los datos fácilmente con colecciones y documentos. Crear jerarquías para almacenar datos relacionados y recuperar fácilmente los datos que se necesitan mediante consultas expresivas. Todas las consultas escalan con el tamaño de su conjunto de resultados (nota: no su conjunto de datos), por lo que cualquier aplicación está lista para escalar desde el primer día, Firebase. (2021). 2.11 Realtime Database Firebase Realtime Database es una base de datos alojada en la nube. Los datos se almacenan como JSON y se sincronizan en tiempo real con cada cliente conectado, con soporte multiplataforma para iOS, Android, Web y más, Firebase Realtime. (2021). 2.12 Arduino Arduino es una placa de desarrollo con un chip microcontrolador. que ofrece una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software fácil de usar. Las placas 39 Arduino pueden leer entradas (luz en un sensor, un dedo en un botón o un mensaje de Twitter) y convertirlo en una salida: activar un motor, encender un LED, publicar algo en línea. Puede decirle a su placa qué hacer enviando un conjunto de instrucciones al microcontrolador en la placa. Para ello se utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring), y el Software Arduino (IDE), basado en Processing (Arduino Oficial, 2018). 2.12.1 Espressif Systems Espressif Systems es otro líder mundial en el desarrollo de microcontroladores. Con oficinas en China, República Checa, India, Singapur y Brasil, han traído al mundo las series de chips, módulos y placas de desarrollo Esp8266 y Esp32, todo a partir de 2008. Si bien Arduino tiene muchas placas de desarrollo disponibles, desde Arduino Uno de 8 bits hasta Arduino Zero de 32 bits, Esp32 es una serie de microcontroladores de bajo consumo con Wi-Fi integrado y Bluetooth de modo dual. Quizás la placa Arduino más cercana comparable a la Esp32 es Arduino Zero, un microcontrolador de 32 bits diseñado para propósitos de IoT (Tan Cherie, 2021). 2.12.2 Módulo ESP-12E ESP8266 WIFI El ESP8266 es un módulo creado por Espressif que integra un potente procesador con arquitectura de 32 bits (más potente que el Arduino Due) y conectividad Wifi. Ofrece una completa y autocontenida solución WiFi Networking, puede trabajar como host de aplicaciones o descargar la carga de WiFi Networking de otro procesador (Naylamp Mechatronic, 2021). 2.13 Internet de las Cosas El Internet de las cosas (IoT) es el proceso que permite conectar elementos físicos cotidianos al Internet: desde objetos domésticos comunes, como las bombillas de luz, hasta 40 recursos para la atención de la salud, como los dispositivos médicos; también abarca prendas y accesorios personales inteligentes e incluso los sistemas de las ciudades inteligentes. 2.14 ¿Cómo funciona el IoT? El término IoT hace referencia a todos los sistemas de dispositivos físicos que reciben y transfieren datos a través de redes inalámbricas con intervención humana mínima, lo cual es posible gracias a la integración de dispositivos informáticos en todo tipo de objetos. Por ejemplo, un termostato inteligente (es decir, que utiliza el IoT) recibe datos de la ubicación de su automóvil inteligente mientras conduce para ajustar la temperatura de su casa antes de que llegue. Todo esto se logra sin su intervención e incluso ofrece un mejor resultado que si lo hiciera de forma manual (Red Hat, 2019). Las soluciones de IoT para empresas les permiten mejorar los modelos comerciales actuales y entablar nuevas relaciones con los clientes y los partners. No obstante, su implementación presenta ciertos desafíos. El volumen de datos que genera un sistema de dispositivos inteligentes (lo cual se conoce como big data) puede volverse abrumador. Integrar el big data a los sistemas actuales y establecer análisis para poder utilizar esa información puede resultar complicado (Red Hat, 2019). https://www.redhat.com/es/topics/big-data 41 CAPÍTULO 3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Según el Banco Mundial [BM] (2020), el 55% de la población mundial vive en las ciudades y la tendencia hacia el 2050 es que dicha cifra suba hasta el 70% de la población. Esto se debe a la cantidad de oportunidades que se generan en las grandes ciudades, pues son responsables del 80% del PIB mundial. Sin embargo, dicho crecimiento trae problemas asociados al abastecimiento de alimentos, vivienda digna, acceso a servicios básicos como agua y luz, contaminación, transporte eficiente e inseguridad entre otros. En el caso de El Salvador, como un país en vías de desarrollo, existe una expansión urbana se da en zonas de riesgo y de forma no planificada, generando problemas adicionales para reorganizar la ciudad de forma adecuada. En tanto al tema concreto del transporte colectivo, es un tema de mucha importancia, pues es un enlace entre los habitantes y los sistemas de educación, salud y los puestos de trabajo, y cerca del 70% de la población hacía uso del sistema de transporte público en el 2012 (Grande, 2012). Se calcula que se realizan más de 1.6 millones de desplazamientos al día a través del transporte público. Por otra parte, como mencionan Hernández, Valenzuela y Vela (2003), las principales vías del Área Metropolitana de San Salvador fueron diseñadas hace mucho tiempo, y ya no pueden soportar el volumen de movimiento de personas que transitan actualmente. A esto se le suma el problema de un sistema de transporte público de abanico, donde varias rutas tienen origen en las afueras de San Salvador y convergen todas en ciertas partes de San Salvador. En vista de esto, los autores sugieren actualizar el sistema de transporte, utilizando buses articulados y tranvías en zonas donde la cantidad de tráfico es grande. Un sistema que brinde el seguimiento en tiempo 42 real de las unidades de transporte ayudará a distinguir aquellas rutas de tráfico que tienen tramos en común, para poder descongestionar partes importantes del AMSS. 3.1 Principales teorías A nivel internacional, se tienen numerosas investigaciones y aplicaciones de proyectos de geolocalización y videovigilancia para elementos de transporte. Se citan algunas referencias aplicadas en los últimos 5 años. “Servicio web para la geolocalización de los vehículos de transporte público en la ciudad de Cúcuta”. En Colombia se han trabajado distintas iniciativas de ordenamiento del transporte y tráfico colectivo por ciudad. En el caso particular de la ciudad de Cúcuta, se levantó un proyecto para obtener la geolocalización de los autobuses mediante un GPS que proporciona el posicionamiento de los vehículos usando el protocolo NMEA 0183; esta información era almacenada en un servidor para luego ser enviada y visualizada (usando PHP). La interfaz de usuario se desarrolló a través de un sitio web funcional y de diseño adaptable para computadoras, tabletas y celulares utilizando HTML5, CSS3 y JavaScript; donde, dependiendo de la ruta escogida, se realizaba una petición al servidor para obtener los datos correspondientes y mostrarlos en un mapa utilizando la API de Google Maps. Implementaron el servicio web permitiendo visualizar las rutas y la posición del vehículo en tiempo real junto con distintas variables de interés como el estado de movimiento o reposo, velocidad, rumbo y tiempo de llegada a cada una de las paradas preestablecidas en la ruta; asimismo dentro del portal web se dio la opción de generar registros históricos concernientes a la ubicación y recorrido de cada autobús que son visualizados mediante tablas y gráficas generadas por el usuario, ver Figura 5 para comprender de mejor 43 manera la arquitectura utilizada. (Sepúlveda Mora, Castro Correa, Medina Delgado y Guevara Ibarra [CÚCUTA], 2018). Aspectos importantes considerados fueron la cuota de manejo de la API de Google Maps, que permite 25,000 cargas en el mapa gratuitas por día y la necesidad de un sistema de rastreo satelital, con la capacidad de capturar datos sobre posición, velocidad, dirección. Figura 5 Arquitectura de tres capas para el desarrollo del software Nota. Tomado de CÚCUTA, 2018. Para localizar y guardar datos del posicionamiento geográfico de vehículos en tiempo real, se diseñó un sistema de geolocalización compuesto de dos elementos: un prototipo para el envío de coordenadas usando tecnología GPRS y un servidor web para la recepción y almacenamiento de la información recibida desde un GPS. Se utilizó el sistema embebido Raspberry Pi 3, configurado como servidor web HTTP bajo Apache 2.4, integrando PHP y MySQL, ver Figura 6 para comprender la integración de los componentes. Se definió una IP estática local por medio 44 de DHCP para establecer la comunicación del servidor con Internet. El hardware utilizado para enviar los datos corresponde a una tarjeta Arduino UNO; un módulo GPRS, programado mediante comandos AT y un GPS, cuya trama de datos GPRMC corresponde al estándar NMEA. Los resultados obtenidos muestran una diferencia promedio de 6.50 m entre los datos de ubicación geográfica del dispositivo frente a los valores obtenidos mediante la geolocalización por HTML5; asimismo, se confirmó que el consumo diario del sistema es de 367.97 kB. Otro de las conclusiones de valor, fue sobre el uso de placas de Arduino, ya que facilitó la realización de proyectos relacionados con el Internet de las cosas (IoT), pues esta plataforma permite la integración de diversos dispositivos, como por ejemplo módulos GPS y GPRS, así como librerías establecidas para manejar las tareas de una forma más sencilla (Sepulveda Mora, Castro Correa, Medina Delgado, Guevara Ibarra y López Bustamente [GSM/GPR], 2019). Figura 6 Arquitectura del sistema, integración de componentes Nota. Tomado de GSM/GPR, 2019. 45 “Monitoreo de Transporte Público de Ciudad del Este”. Este proyecto fue basado en tecnologías libres, con la capacidad de monitorear el recorrido de unidades de transporte haciendo uso de una aplicación para smartphones Android. El sistema propuso una arquitectura cliente-servidor que consistió en un nodo recolector de datos, ubicado en el interior de la unidad a ser monitoreada y un servidor, el cual aloja las bases de datos y lógica de funcionamiento, con acceso a red. Los dispositivos colectores instalados en la unidad a ser rastreada estaban compuestos por smartphones que ejecutan la plataforma Android como sistema operativo. Este requerimiento se basó en el uso de la aplicación cliente Traccar, que, utilizando los sensores propios del teléfono, es capaz de proporcionar información detallada de la geolocalización de este, ver Figura 7 para comprender la arquitectura del sistema implementado (Velásquez, Ayala D., Arrúa G. [TRACCAR], 2018). Figura 7 Arquitectura del sistema, diagrama funcional. Nota. Tomado de TRACCAR, 2018 46 “Secure and efficient pseudonymization for privacy preserving vehicular communications in smart cities”. HAL es un archivo multidisciplinario de acceso abierto para el depósito y difusión de documentos de investigación científica en Francia. En el año 2020 se publicó una propuesta de seguridad y comunicación efectiva entre vehículos dentro de ciudades inteligentes para reducir el tráfico y garantizar la seguridad de las personas o productos que sean transportados por distintas unidades móviles; igualmente, como respuesta a la aparición de modernos Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) basados en redes vehiculares (VN) para diversificar las aplicaciones proporcionadas a los conductores y pasajeros durante sus viajes por carretera. El prototipo consistió en que cada vehículo debe estar equipado con una Unidad a Bordo (OBU) para comunicarse con otros vehículos y con las Unidades de Control (RSU) desplegadas a lo largo de la carretera. La comunicación que se produce entre vehículos mediante el OBU se denomina comunicación V2V, ver Figura 8. Ante el supuesto de que cada vehículo dispone de un dispositivo GPS (Global Positioning System) se puede obtener su posición y hora actual. Cada vehículo es leído por una Autoridad de Confianza (TA) por medio de las RSU cercanas, formando una comunicación denominada V2I, como se muestra en la siguiente figura. Cada vehículo emite mensajes de forma periódica o solicita información de otros basado en su ubicación para compartir información de tráfico local e indicar condiciones de tránsito seguro (Siham Bouchelaghem, Mawloud Omar. Computers and Electrical Engineering [OBU-V2V], 2020). Uno de los puntos identificados como amenaza ante este modelo es cualquier ataque externo pasivo, que puede inmiscuirse para espiar en la red e inferir información confidencial de los mensajes que son intercambiados. Tal intruso puede tratar de vincular varios seudónimos de 47 vehículos, lograr averiguar la identidad real de un vehículo objetivo y perfilar los movimientos del conductor y el patrón de vida, como su domicilio, lugar de trabajo, etc. Por otro lado, un atacante interno puede beneficiarse del anonimato para obtener información privada y, por ejemplo, enviar información falsa sobre las condiciones de la carretera para generar tráfico (OBU-V2V, 2020). Figura 8 Comunicación entre vehículos mediante OBU-V2V Nota. Tomado de OBU-V2V, 2020. “Designing a smart transport system application for South Indian traffic scenarios. A modern approach towards digitalizing the transport systems”. Presenta una propuesta de un sistema de localización de vehículos del transporte público de ciudades del sur de India, con el fin de desarrollar una aplicación para smartphone capaz de rastrear la proximidad de estos, sus horarios y la implementación de un sistema de conteo interno. El enfoque del proyecto se centra 48 en el incentivo del uso del transporte público en detrimento del transporte propio, como forma de paliar la crisis energética de combustibles fósiles. Además, el monitoreo del sistema de autobuses ofrece información sobre el control de exceso de velocidad y la avería del autobús. Al integrar el Identificación de Frecuencia de Radio (RFID) con el módulo Sistema Global para Móviles (GSM), se puede rastrear la unidad de transporte mediante el uso de etiquetas RFID. Las paradas son anunciadas mediante voz para personas que no puedan leer y, de igual forma, los pasajeros en la parada de autobús sean ayudados por dicho sistema (Subadra, K.G., Begum, J.M., & Dhivya, H., 2017). “A smart cost effective public transportation system: An ingenious location tracking of public transit vehicles”. Propone un modelo de costo bajo y eficiente comparado con alternativas basadas en GPS, haciendo uso de comunicaciones por radiofrecuencia (RFID), donde se permite localizar en tiempo real la posición de un vehículo y la muestra de los resultados en una interfaz web diseñada para el efecto. El modelo propuesto se verificó en un Network Simulator 2 (NS2) y se midió la eficiencia del enfoque para diferentes escenarios de colisión, dando como resultado un sistema fácil de adoptar, con un coste de instalación bajo, un mantenimiento y un coste operativo reducido. (Kumar T., Gupta S. & Kushwaha D. S., 2017). CCTV y cámaras de vigilancia VMukti. El sistema de vigilancia de autobuses integrado con cámara 4G permite monitorear a los pasajeros dentro del autobús para garantizar una seguridad completa durante el tránsito. Estas cámaras son apropiadas para los autobuses escolares, ya que utilizan tecnología de vigilancia CCTV y una amplia red móvil para transmitir imágenes en vivo en tiempo real, sin embargo también son utilizadas por grandes empresas como AWS, Microsoft, Flipkart, Azure, entre otros. 49 Con los avances tecnológicos y la escalabilidad en ambientes en la nube, la vigilancia de autobuses puede admitir hasta 5000 cámaras para capturar múltiples ángulos posibles en una gran cantidad de autobuses, camionetas y otros vehículos conectados. Los sistemas de vigilancia de autobuses con soporte de cámara 4G utilizan cámaras habilitadas para Wi-Fi para la gestión de video y el almacenamiento de datos de gran volumen. Brinda una amplia seguridad a los viajeros, incluidos los estudiantes escolares y los viajeros mayores. Permite el monitoreo en la nube de la infraestructura del vehículo para garantizar una seguridad óptima y una confiabilidad mejorada. Las autoridades pueden monitorear los autobuses desde cualquier lugar y ver transmisiones de video en vivo desde tabletas de escritorio o dispositivos móviles (VMukti, 2021). Cualquier circuito cerrado de televisión CCTV en los autobuses es responsabilidad de la empresa privada que opera ese servicio o ruta en particular. Si se necesita verificar imágenes grabadas por una cámara, el proceso se sigue directamente con la compañía dueña de la ruta. De igual forma, los costos asociados son destinados a cada cliente. Análisis de requisitos para dispositivos de localización vehicular seguros para sistemas de transporte público terrestre en Colombia. El sistema de transporte público en Colombia como Transmilenio en Bogotá y Metro Cali Mio cuentan con buses de tránsito rápido, el equivalente a la propuesta del SITRAMSS en San Salvador, donde las unidades de transporte están equipadas con sistemas de localización vehicular o GPS a bordo (Morales et al., 2018). Los sistemas son bastante avanzados, debido a los requerimientos de las políticas que los regulan, y transmiten múltiples parámetros: geolocalización, monitoreo constante del uso de combustible, identificación del conductor, velocidad actual, cambios de velocidad o aceleración, mecanismos de apertura de puertas. Dichos parámetros permiten un control bastante detallado sobre el 50 control y permite incluso establecer geovallas que alertan cuando las unidades se han desviado de sus rutas determinadas. La mayoría de los dispositivos utilizados en este tipo de unidades de transporte, sostienen Morales et al. (2018), son fabricados fuera del país de Colombia y los requerimientos físicos tradicionales son de tipo mediano: Procesadores Intel Atom, memoria RAM de 2GB, Bluetooth clase 2, WiFi 802.11, 16GB de almacenamiento interno y múltiples interfaces físicas. Finalmente, se concluye que los sistemas han jugado un papel muy importante para el éxito del sistema de transporte colombiano, pero se presentan problemas de mal funcionamiento debido a factores como seguridad, mantenimiento y uso. Por lo tanto, para poder implementar un sistema de geolocalización en El Salvador, se debe asegurar mano de obra capacitada para poder dar mantenimiento a los dispositivos y entrenamiento de utilización a los usuarios de los dispositivos, así como complementar con medidas que provean seguridad a dichas unidades, como la videovigilancia a bordo. 3.2 Sistemas de videovigilancia y GPS disponibles en El Salvador Existen diferentes empresas que brindan servicios de videovigilancia y GPS para vehículos motorizados, los cuales podrían permitir que el servicio público mejore en cuanto a la seguridad si el gobierno decidiera invertir en los costos que estas soluciones implican. Ubica GPS, cuenta con servicios relacionados a la seguridad para los distintos tipos de transportes, entre estos, provee el servicio de monitoreo para el transporte público “Rastreo Satelital de Buses y Microbuses”, el cual brinda a cada unidad las funcionalidades de micrófono en cabina, equipo GPS, botón de pánico, apagado remoto y videovigilancia. Sin embargo, estos tienen un alto costo, el cual podría no ser apropiado para el transporte público del país, ya que 51 como se sabe en la actualidad este servicio aunque es llamada “público” en realidad pertenece a empresas y personas particulares (Ubica GPS El Salvador, 2018). En términos de aplicaciones para ayudar a movilizarse dentro de las ciudades, otra de las opciones es Moovit, de trayectoria y reconocimiento mundial. La aplicación saca provecho de las ventajas tecnológicas que ofrecen ciudades desarrolladas como Toronto, donde la municipalidad es dueña de las unidades de transporte y comparten la ubicación en tiempo real. Actualmente cuenta con más de 15 millones de usuarios en todo el mundo, donde un 30% de ellos está enfocado en América Latina, la aplicación está disponible en las ciudades de Sao Paulo, Río de Janeiro, Bogotá, Santiago de Chile, Buenos Aires y México, El Salvador, entre otras (EFE, 2015). Su estrategia de propagación de datos es similar a otras aplicaciones como Waze, ya que los propios usuarios son los que contribuyen a ofrecer la información que da la aplicación, y con ello elaborar las capas de predicción de horarios, ayudando a otras personas a viajar más rápida y cómodamente, ver Figura 9. Si bien su propósito es predecir y alertar a otros usuarios de las llegadas o retrasos en las rutas de transporte, mediante informes activos, también tiene una utilidad limitada, ya que depende de la actualización de la información en sus bases de datos. Si existe una ubicación errónea o paradas faltantes, embotellamientos, accidentes de tránsito y eventos en la ciudad, por mencionar algunos, puede carecer de un ruteo completo. 52 Figura 9 Ejemplo de navegación en Moovit en una ciudad en Nueva York Nota. Tomado de Moovit Blog, 2018. 3.3 Posturas y contradicciones Después de revisar diversas teorías que confirman la viabilidad de la videovigilancia y geolocalización como opciones de control, ordenamiento y seguridad en disposiciones geográficas, se resumen todos los puntos a favor y las contradicciones o puntos en contra de este tipo de proyectos en la tabla 4 mostrada a continuación. 53 Tabla 4 Posturas y contradicciones en el monitoreo de unidades de transporte Enfoque Postura Contradicción Geolocalización Obtener información en tiempo real Existe un retraso normal en el cálculo de todo GPS y existen eventos que pueden brindar información desviada, no real. Generar rutas eficientes Depende de la alimentación correcta de datos sobre las rutas, paradas oficiales y el control de su actualización para que sean precisas. Reduce el tráfico y los costos de las empresas dueñas de las unidades de transporte público, mediante la proyección de unidades con GPS según la demanda y horarios. La propagación del uso de GPS y control en interfaces web genera información o informes activos, sin embargo, existe una dependencia importante, con la transmisión de los datos a través de IoT e Internet. Una falla de estos limita o bloquea la comunicación efectiva. Adicionalmente, podrían ver reducidos beneficios adicionales como los subsidios patrocinados por el Gobierno Bajos costos ante la gran variedad de opciones en tecnologías para su implementación. La nube como opción backend del almacenamiento de datos puede resultar costosa cuando las unidades a monitorear y las rutas resulten en grandes volúmenes de información. Videovigilancia Mejorar las condiciones de seguridad Si la información generada es filtrada/compartida con entidades maliciosas, pueden identificar el desplazamiento de personas con horarios y paradas específicas. Bajos costos al guardar las imágenes en infraestructuras de la nube. La información de video e imágenes es la más pesada de almacenar en cualquier infraestructura. Es por lo que pueden existir altos costos si no se define una estrategia, interfaces adecuadas de colección de la información. 54 Obtener video en tiempo real Existe un retraso normal en la propagación de la información y una dependencia fuerte de la capacidad y velocidad de transmisión de datos desde la unidad de transporte hasta la Nube y la consulta del usuario final en sus dispositivos: laptops, celulares. Nota. Elaboración propia a partir de las propuestas de solución estudiadas, 2022. 3.4 Roadmap general de la propuesta Todo proyecto requiere una planificación y organización del trabajo, de forma que sea fácil visualizar cómo se irá cumpliendo con los requerimientos expuestos y cómo se irán obteniendo resultados, ver figura 10. Utilizando la metodología de SCRUM alineada con la ISO 9001 se figura mediante entregas iterativas la ejecución del prototipo y solución. Como parte de la preparación, se tiene el siguiente esquema de trabajo. Sprint -1 o Iniciación del proyecto Fase inicial del proyecto donde se define el perfil del proyecto, los lineamientos para establecer el alcance y una planificación propuesta para la implementación del sistema según su naturaleza. Sprint 0 A la construcción de requisitos y planteamiento de una solución se le conocerá como Sprint 0, estos incluyen la investigación, aplicación de la metodología de investigación y toda la documentación que se pueda colectar para construir un listado de procesos y dependencias del producto final. 55 Sprint n Los Sprints “n” servirán para determinar entregas incrementales que agreguen valor al producto y que se alineen con la solución. Parte de ellos incluye definición, diseño y levantamiento de un prototipo, más una proyección estimando la forma de adopción del prototipo para al menos una ruta dentro de la ciudad de San Salvador. Figura 10 Roadmap de alto nivel, propuesta de Fase I. Nota. Elaboración propia, 2022. La fase 1 del roadmap general propuesto incluye las actividades mínimas a realizar para completar un prototipo y ofrecer resultados. El equipo seleccionado consta de: ● Asesor ● Equipo MAS, el equipo asignado a la ejecución de este proyecto ● VMT, como cliente ● Unidad de transporte, como aquellos representantes que se elijan para la validación del prototipo 56 Actividades incluidas en cada etapa dentro de la fase 1: ● Inicio del proyecto ○ Definición y aprobación del perfil del proyecto, ○ Constitución del planteamiento del proyecto, incluye objetivos, alcances, limitaciones, riesgos, responsables. ○ Estimación de tiempos, costos, presupuesto. ○ Listado de necesidades del negocio y responsables principales. ○ Modelo de comunicación y acta de constitución. ● Definición de la solución ○ Investigación de componentes de tecnología y soluciones existentes. ○ Planteamiento de componentes a utilizar para la solución (alto nivel). ○ Documentación de procesos identificados. ○ Análisis de dependencias. ● Arquitectura y diseño ○ Diseño de la arquitectura ○ Instalación de paquetería en interfaces ○ Diseño de comunicación entre servicios ● Evaluación de soluciones existentes ○ Identificación de proveedores ○ Viabilidad de integración a bajo costo ○ Confirmación de comunicación e integraciones ● Prototipo 57 ○ Despliegue de la infraestructura ○ Integración de componentes frontend y backend ○ Desarrollo del software de obtención de la información ○ Aplicación web para la visualización ● Validación ○ Elaboración de casos de prueba ○ Ejecución de pruebas ○ Iteración cíclica entre la mejora del prototipo en base a los resultados obtenidos en las pruebas de usabilidad end-to-end. ● Resultados ○ Informes de resultados. ○ Análisis de viabilidad. ○ Aceptación y retroalimentación. ○ Cierre fase 1. La fase 2 del roadmap propuesto, ver Figura 11, sugiere las actividades posteriores que el VMT deberá realizar para adoptar solución, en un nicho limitado a una ruta seleccionada, según los criterios de fácil adopción y obtención de resultados. 58 Figura 11 Roadmap de alto nivel, propuesta de Fase II. Nota. Elaboración propia, 2022. Actividades incluidas en cada etapa dentro de la fase 2: ● Adopción ○ Instalación del prototipo en las unidades de transporte para una ruta seleccionada. ○ Definir un contrato de servicio con la nube seleccionada para el almacenamiento de la información colectada por los dispositivos GPS y de videovigilancia. ○ Alimentación inicial de catálogos de rutas, horarios, paradas, unidades, responsables. ● Observabilidad ○ Actualización de la información en rutas. 59 ○ Uso del sistema web para el monitoreo y confirmación de la trazabilidad de rutas. ○ Colección de retroalimentación y revisión continua semanal. ● BigQuery ○ Después de haber recolectado datos en un mínimo de 1 mes, realizar queries avanzadas utilizando BigQuery para generar estadísticas de usabilidad y crear proyecciones. ● Resultados ○ Informes de resultados. ○ Sugerencias de mejora. ○ Proyección de las siguiente(s) ruta(s) para la adopción. ○ Inicio nuevamente del ciclo con la etapa de adopción. CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA 4.1 Tipos de investigación De acuerdo con la naturaleza del proyecto cuyo enfoque es aplicativo, se define un tipo de investigación mixta; exploratoria y confirmatoria, que incluye las metodologías de revisión bibliográfica, de campo e investigación aplicada mediante la observación. Las revisiones bibliográficas se incluyen debido a que existe una gran variedad de proyectos previamente realizados bajo la misma área de investigación, que pueden proponer opciones de solución, junto a una evaluación de viabilidad y problemas que podrían presentarse. 60 Por otro lado, los análisis de campo pueden confirmar, mediante datos estadísticos al utilizar encuestas y entrevistas, que hay una problemática por atender; y con sus resultados, se podrán definir qué áreas mayormente se beneficiarán ante el planteamiento de un sistema de monitoreo y vigilancia que utilice tecnología que transmita información en tiempo real. Por último, la metodología aplicada, permitirá determinar, mediante la observación, los componentes óptimos a utilizar en el prototipo para cumplir con el objetivo planteado. Se tendrá que instalar en unidades de transporte y con la ejecución de pruebas iterativas afinar los componentes de la capa front end y la capa backend hasta alcanzar los resultados deseados. 4.2 Alcance y cobertura El alcance y cobertura de este proyecto llega hasta la evaluación del prototipo en una o dos unidades de transporte público para una ruta en la ciudad de San Salvador. Debido al denso volúmen de la población en la zona urbana y el desorden de ruteo del transporte, cubrir una sola ruta es suficiente para analizar posteriormente los resultados. Actualmente, la población de San Salvador es de 238,244 (Data Commons, 2017) habitantes, ver Figura 12, de los cuales el 90,1% usan el transporte público, siendo uno de los municipios con mayores casos de violencia en el transporte en el país (Prevención del crimen en el transporte público [FUSADES], 2015). 61 Figura 12 Representación de la población en el municipio de San Salvador Nota. Obtenido de Data Commons, 2017. Ruta seleccionada: 44 El Viceministerio de Transporte (VMT) pone a disposición pública contenido referente a las rutas de transporte mediante la herramienta virtual de ArcGis Online. Esta aplicación Web permite a la población consultar mapas de ubicación de los recorridos autorizados de las rutas del transporte público del AMSS, tanto de ida como de retorno. Así mismo, se muestra los puntos de ubicación de paradas autorizadas para el abordaje y desabordaje de pasajeros correspondiente a la ruta de Autobús 44, ver Figura 13, del cual inicia su servicio desde el municipio de Mejicanos y finaliza su servicio en San Salvador (Viceministerio de Transporte [ArcGis], 2019), ver Tabla 5 para obtener mayor detalle del recorrido. 62 Nota: la línea de color azul es el recorrido cuando sale y la línea de color violeta o morado es el recorrido cuando viene de regreso. Figura 13 Recorrido de la ruta 44 en San Salvador Nota. Tomado de ArcGis, 2019 63 Tabla 5 Detalle del recorrido de IDA y VUELTA de la ruta 44 Tipo de recorrido IDA/VUELTA NOMBRE DE RUTA 44 (2) CÓDIGO DE RUTA AB044X2 DESTINO Antiguo Cuscatlán / Mejicanos FIN DE OPERACIONES LUNES A VIERNES 07:00 pm FIN DE OPERACIONES SÁBADO A DOMINGO 07:00 pm INICIO DE OPERACIONES LUNES A VIERNES 05:00 am INICIO DE OPERACIONES SÁBADO A DOMINGO 06:00 am KILÓMETROS 14.38 ORIGEN Mejicanos / Antiguo Cuscatlán TARIFA ORDINARIA 0.20 TIPO DE RUTA Urbana TIPO DE UNIDAD Autobús Nota. Tomado de ArcGis, 2019 64 Paradas La ruta 44 cuenta con un total de 80 paradas documentadas por el VMT, ver Figura 14, por su frecuencia de usabilidad y ejecución real de las unidades de transporte. Estas se clasifican en paradas de inicio, ida o intermedias. Datos importantes como el riesgo o si están señalizadas serán de utilidad para la propuesta de registro y control en el prototipo. La base de datos carece de información completa como fotos referenciando cada parada. En la Tabla 6 se han excluido datos como latitud y longitud, estado. Figura 14 Paradas oficiales identificadas por el VMT para la ruta 44 Nota. Tomado de Viceministerio de Transporte, ArcGis, 2019 65 Tabla 6 Listado de paradas de la ruta 44 # Parada Nombre Señal vial Riesgo Tipo de parada 01 PUNTO META NO SIN RIESGO Inicio ida 02 S/N NO SIN RIESGO Intermedia 03 MELHER NO SIN RIESGO Intermedia 04 SANTA MARTA NO SIN RIESGO Intermedia 07 FARMACIA NO SIN RIESGO Intermedia 08 EDIFICIOS NO SIN RIESGO Intermedia 09 COMERCIALES NO SIN RIESGO Intermedia 10 RESIDENCIAL ESMERALDA NO SIN RIESGO Intermedia 11 ESQUINA RICALDONE NO SIN RIESGO Intermedia 12 UNIVERSIDAD NACIONAL NO SIN RIESGO Intermedia 13 ANDA NO SIN RIESGO Intermedia 14 UNIVERSITARIA NO SIN RIESGO Intermedia 15 S/N NO SIN RIESGO Intermedia 16 SAN ANTONIO ABAD NO SIN RIESGO Intermedia 17 PASARELA SAN ANTONIO ABAD NO RIESGOSA Intermedia 18 S/N NO RIESGOSA Intermedia 19 HOSPITAL BLOOM NO SIN RIESGO Intermedia 20 TRES TORRES NO RIESGOSA Intermedia 66 21 METRO SUR NO SIN RIESGO Intermedia 22 GASOLINERA UNO NO SIN RIESGO Intermedia 23 MAGICO GONZALEZ NO SIN RIESGO Intermedia 24 GASOLINERA PUMA NO SIN RIESGO Intermedia 25 TERMINAL DE OCCIDENTE NO RIESGOSA Intermedia 26 SAN MATEO NO RIESGOSA Intermedia 27 MONSERRAT NO RIESGOSA Intermedia 28 LAS FLORES NO RIESGOSA Intermedia 29 GASOLINERA UNO NO SIN RIESGO Intermedia 30 FERROCENTRO NO SIN RIESGO Intermedia 31 PIZZA HUT NO SIN RIESGO Intermedia 32 UCA NO SIN RIESGO Intermedia 33 RETORNO NO SIN RIESGO Intermedia 34 BIGGEST NO SIN RIESGO Intermedia 35 PAPA JOHN'S NO SIN RIESGO Intermedia 36 AVENIDA ROIZ NO RIESGOSA Intermedia 37 TALLER RAMIREZ NO SIN RIESGO Intermedia 38 PARQUE ANTIGUO NO SIN RIESGO Intermedia 39 PLAN DE LA LAGUNA NO SIN RIESGO Intermedia 40 CALLE CUSCATLAN NO SIN RIESGO Intermedia 41 PRIMERA AVENIDA SUR NO SIN RIESGO Fin ida 67 42 ATLANTICO NO RIESGOSA Inicio regreso 43 RIO AMAZONA NO RIESGOSA Intermedia 44 LAS PALMERAS NO SIN RIESGO Intermedia 45 CEIBA GUADALUPE NO RIESGOSA Intermedia 46 S/N NO SIN RIESGO Intermedia 47 BIGGEST NO SIN RIESGO Intermedia 48 UCA NO SIN RIESGO Intermedia 49 CITI NO SIN RIESGO Intermedia 50 AUTOPISTA SUR NO SIN RIESGO Intermedia 51 LOS ELICEO VERTICAL SIN RIESGO Intermedia 52 PARQUE CUSCATLAN NO SIN RIESGO Intermedia 53 MONSERRAT COLONIA LA LUZ NO SIN RIESGO Intermedia 54 ORMOSA NO SIN RIESGO Intermedia 55 JUZGADOS NO SIN RIESGO Intermedia 56 ESTADIO NO SIN RIESGO Intermedia 57 CUARENTA Y NUEVE AVENIDA SUR NO SIN RIESGO Intermedia 58 METRO SUR NO SIN RIESGO Intermedia 59 METRO CENTRO NO SIN RIESGO Intermedia 60 ESQUINA SCOTIABANK NO SIN RIESGO Intermedia 61 TRES TORRES VERTICAL RIESGOSA Intermedia 62 VEINTICINCO AVENIDA NORTE NO SIN RIESGO Intermedia 68 63 BLOOM NO SIN RIESGO Intermedia 64 ESCUELA ESPAÑA NO RIESGOSA Intermedia 65 UNIVERSIDAD NACIONAL NO SIN RIESGO Intermedia 66 VEINTINUEVE AVENIDA NORTE NO SIN RIESGO Intermedia 67 FRENTE RICARDONA NO RIESGOSA Intermedia 68 RESIDENCIAL UNIVERSITARIA NO RIESGOSA Intermedia 69 COMERCIALES NO RIESGOSA Intermedia 70 EDIFICIOS NO SIN RIESGO Intermedia 71 S/N NO SIN RIESGO Intermedia 72 FRENTE EMPRESARIAL NO SIN RIESGO Intermedia 73 CONTIGUO IGLESIA NO SIN RIESGO Intermedia 76 LA LINCOLS NO SIN RIESGO Intermedia 77 MERCADO NO SIN RIESGO Intermedia 78 ONCE CALLE LINCOLD NO SIN RIESGO Intermedia 79 AVENIDA LINCOLD NO SIN RIESGO Intermedia 80 PUNTO META NO SIN RIESGO Fin regreso Nota. Tomado de ArcGis, 2019 4.3 Diagnóstico Definición del problema Los principales problemas por abordar en el presente proyecto son el alto nivel de delincuencia y el exceso de pasajeros dentro de las unidades de transporte público para la zona 69 de San Salvador. Las causas y efectos de estas se listan a continuación en la figura 15 y la figura 16. Figura 15 Árbol de problemas, causas y efectos de los altos niveles de delincuencia en unidades de transporte público Nota. Elaboración propia, 2022. 70 Figura 16 Árbol de problemas, causas y efectos del exceso de pasajeros en unidades de transporte público Nota. Elaboración propia, 2022. Las causas y efectos listados en el diagrama se justificarán mediante los datos obtenidos con los métodos de recolección. 71 4.4 Métodos de recolección de datos 4.4.1 Investigación bibliográfica Se realizó una serie de investigaciones bibliográficas de diferentes fuentes, todas relacionadas al tema principal del presente proyecto, así como también a diferentes temas inmersos dentro de la investigación principal, cada una de las fuentes utilizadas ha sido documentada en el apartado de referencias del presente documento, las fuentes han sido seleccionadas estratégicamente con el fin de lograr obtener la información que aporte al tema principal de la investigación y se pueden clasificar de la siguiente manera: ● Tesis relacionadas directamente con el tema del proyecto ● Artículos científicos enfocados al monitoreo de transporte público ● Documentos públicos del gobierno de El Salvador relacionados con la situación actual del país en cuanto a la seguridad en el transporte público ● Diferentes sitios web relacionados con temas inmersos dentro de la investigación; sitios web oficiales de las tecnologías a utilizar, sitios web de algunas empresas que brindan el servicio de videovigilancia y rastreo GPS, entre otros. 4.4.2 Investigación de campo Se consultó con los involucrados en el transporte público para recopilar los diversos puntos de vista sobre el uso de videovigilancia y monitoreo de ubicación a través de GPS. Se exploró desde el punto de vista práctico, la percepción que tendrá la población sobre el uso de tales tecnologías, y los posibles beneficios. Adicionalmente, se exploraron las condiciones sobre las cuales se podría regular el uso de mencionadas tecnologías en el contexto legal y de capacidad que tienen las autoridades. En este sentido se optó por realizar una encuesta a ciudadanos, y 72 entrevistas con las dos principales autoridades en materia de transporte público: el VMT como ente regulador y la PNC como encargados de velar y proteger la seguridad y el orden público en el país ● Encuesta a ciudadanos: se diseñó una encuesta utilizando las herramientas de Google Forms para poder identificar el nivel de confianza que tienen los pasajeros sobre los niveles de seguridad y violencia en el transporte público. Adicionalmente, se añadieron preguntas sobre cómo se sentiría al tener sistemas de videovigilancia en las unidades de transporte colectivo. La encuesta está diseñada tomando como base las encuestas regulares de seguridad que conduce regularmente IUDOP, para poder tener un punto de comparación del nivel de seguridad al momento de realizar la encuesta con el nivel de seguridad percibido en el pasado. Además, se incluyeron preguntas donde se exploraba la posible aceptación de los sistemas de videovigilancia y seguimiento GPS en las unidades de transporte público. Al finalizar la implementación de videovigilancia y control GPS, la encuesta se podría aplicar nuevamente, para poder medir la efectividad de los sistemas de videovigilancia y ubicación por GPS, con la comparación sobre los resultados de la encuesta inicial. Para la encuesta, debido a que no se conoce con exactitud la población que utiliza el transporte público, se utilizará una fórmula 𝑛 = 𝑍2𝑝𝑞 𝑒2 Las letra Z está relacionada al nivel de confianza de la encuesta, que se escogió un 95%, por lo que el valor de Z es 1.96. Las variables p y q representan la probabilidad que ocurra el suceso, y dado que estamos ocupando la inseguridad que los usuarios del transporte público dan un valor de p=0.699 y q=0.301 basados en el estudio Mujeres libres de violencia en el transporte 73 público ([PNUD], 2021). Finalmente, el margen de error para la encuesta, que se ha escogido un 5%, por lo que el valor de sería e=0.05. Al realizar el cálculo, obtenemos un tamaño de muestra de 324 personas. ● Entrevista: se identificó al VMT como actor principal de interés para la inclusión de sistemas de videovigilancia y geolocalización, por lo que se cubrió una entrevista para identificar las acciones que se están aplicando como medidas de seguridad y regulación del uso de transporte. Como autoridades que regulan el funcionamiento del transporte colectivo, podrán brindar una opinión sobre la factibilidad de apoyar o hacer mandatoria la incorporación de dichos sistemas en las unidades de transporte público. También tendrán el rol de mediadores entre las autoridades que refuerzan la ley como la PNC y los empresarios del transporte público, para que puedan trabajar en conjunto y lograr aumentar la seguridad en las unidades del transporte colectivo. Las respuestas de dicha entrevista se encuentran adjuntas en los anexos, Apéndice C. 4.4.3 Investigación aplicada Para confirmar la funcionalidad del prototipo se requirió la adquisición de periféricos, junto a los elementos de frontend y backend para la comunicación de la ubicación en tiempo real y video hacia la nube. Mediante la observación se pudieron realizar pruebas iterativas para ir integrando cada interfaz y a su vez, identificar las limitantes. La unidad inicial de pruebas fue un automóvil personal, en el cual fueron colocadas las placas de desarrollo de ESP, el uso del módem de un celular, y la cámara ESP32-CAM. Del lado backend, la creación de un proyecto en GCP para recolectar la data. 74 4.5 Recolección y validación de datos Durante la etapa de investigación y revisión bibliográfica del presente trabajo, se recurrieron a diversas fuentes de información, que fueron seleccionadas debido a estar respaldadas por entidades comprometidas con la investigación científica, y cuyos filtros de revisión sobre los artículos están diseñados para detener información no verificada previamente. Además, se hizo la selección de encuestas realizadas previamente, de acuerdo con la imparcialidad que las casas encuestadoras han demostrado a lo largo del tiempo, y a la confiabilidad de los resultados que han presentado a lo largo de la historia. Como último parámetro de selección para casas encuestadoras, ha sido la realización frecuente de encuestas que miden los niveles de seguridad y el orden público Para el caso de las encuestas realizadas en el marco de diagnóstico, los datos fueron recopilados automáticamente por la herramienta de Google Forms y se procesaron para mostrar la situación actual y aceptación ante una posible implementación de videovigilancia y control de ubicación GPS en unidades del transporte público. El método de presentación se hizo a través de gráficos de barras y circulares, pues son los más utilizados y gozan de la facilidad de resumir la información representada de forma amigable. Finalmente, la entrevista se gestionó a través de los canales oficiales de las oficinas del VMT para concertar una cita con el Director General de Transporte Terrestre y los responsables adicionales en el área de planificación de mejora del transporte público, con el apoyo de la Universidad Don Bosco, quienes emitieron una carta introduciendo formalmente este esfuerzo como parte de un trabajo de investigación para optar al grado de Maestría en Arquitectura de 75 Software. La reunión se realizó a través de videollamada en Google Meets y estuvieron presente los involucrados convocados. 4.6 Resultados En cuanto a la creación de un prototipo de sistema de videovigilancia y monitoreo GPS, se hizo una recopilación de dispositivos, herramientas, protocolos de comunicación, y parámetros de trabajos normales que se requirieron para implementar el sistema piloto. Mediante el uso en al menos una unidad del transporte, se pudo recopilar información acerca del funcionamiento del dispositivo, y se pudieron determinar los requerimientos mínimos de utilización, a la vez verificar que se cuenta con la capacidad física y tecnológica para poder cubrir la mayoría del AMSS con tales sistemas de vigilancia y monitoreo. Finalmente se añadió un listado de aquellos inconvenientes u obstáculos que se enfrentaron durante la realización del trabajo, para poder emitir recomendaciones que faciliten la futura implementación generalizada del sistema. 76 CAPÍTULO 5. PROPUESTA DE LA SOLUCIÓN 5.1 Diseño del sistema El proyecto pretende informar a los responsables del VMT constantemente de la ubicación en tiempo real de las unidades de transporte, mediante una opción de visualización práctica para la toma de decisiones. A su vez, se espera poder respaldar videos de vigilancia recolectados de cada recorrido realizado para aplicar medidas de seguridad en caso sea necesario según la ubicación de la unidad. Como se ha venido explorando en el documento, se integrarán elementos de hardware (frontend), software, integraciones, almacenamiento de datos (backend) y una visualización final al usuario. En alto nivel se podría representar mediante u