Desarrollo de un Sistema de Información Geográfica (SIG) Móvil para Administrar Información de Plantas Stevia en el Estado de Hidalgo, México

Transcripción

1 Desarrollo de un Sistema de Información Geográfica (SIG) Móvil para Administrar Información de Plantas Stevia en el Estado de Hidalgo, México M. en C. Jazmín RODRIGUEZ Departamento de Telemática, Universidad Politécnica de Pachuca y Dra. Rocío ÁLVAREZ Departamento de Biotecnología, Universidad Politécnica de Pachuca y M. en C. Josue R. MARTÍNEZ Departamento de Mecatrónica, Universidad Politécnica de Pachuca Resumen En el presente artículo se detalla la realización de un Sistema de Información Geográfica (SIG) para el control de información de plantas del género stevia nativas del estado de Hidalgo, México. Para desarrollar el sistema se analizó hardware y software para desarrollar la aplicación tratando de dar solución a un problema de control de información geográfica en zonas sin conectividad de bajo costo, para almacenar información en un servidor externo debido a que los especímenes crecen en zonas de difícil acceso. Palabras clave: Sistema de Información Geográfica, Stevia, manejadores para móviles, Modelo Vista Controlador. 1. INTRODUCCIÓN En el estado de Hidalgo, México se realizan investigaciones en el área de Biotecnología enfocadas a identificar recursos naturales económicamente explotables, una ellas se relaciona con las plantas de género Stevia que presentan características endulcolorantes identificadas en estudios fitoquímicos. Las muestras son tomadas en colectas en diferentes municipios del estado. Se tiene registro de los poblados en dónde se encuentran las Stevias creciendo de forma silvestre, la investigación tomará de referencia estos e incluirá nuevas zonas. Se pretende que el producto final, pueda ser usado en otras investigaciones relacionadas con plantas como hongos o helechos y que no sea dependiente de un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) en particular debido a que se tienen diferentes dispositivos para ubicar especímenes. Además de la ubicación se registra información de la planta como el género, la familia y un registro fotográfico, también se determina la cantidad de especímenes en la zona, dependiendo del lugar pueden encontrarse más de una especie en el mismo lugar. Para administrar la información se desarrolló un sistema de cómputo móvil para almacenar información de las colectas. Para realizarlo, se analizaron diferentes opciones de hardware y software como los manejadores de bases de datos para móviles, los lenguajes de programación para realizarlo. Se analizó hardware que funcionara como GPS sin acceso a internet debido a la zona geográfica como pocket PC, celulares y GPS. Analizando las características de la computación en redes móviles propuestas en [1] se realizó un análisis en las características más importantes para seleccionar el tipo de dispositivo como la conectividad del dispositivo para extraer la información generada, la compatibilidad con los lenguajes de programación, la duración de la batería, la movilidad del usuario, el sistema operativo, la memoria RAM, el procesador. Del software los aspectos más importantes que se tomaron en cuenta para el desarrollo de aplicaciones móviles el almacenamiento de la información (las bases de datos para dispositivos móviles o el uso de Record Management System RMS), el costo económico y operativo de la administración de la información, la conectividad, la compatibilidad con los lenguajes de programación y la licencia del producto para desarrollo. La finalidad de seleccionar la tecnología Java 2 Micro Edition (J2ME) se debe a que la gran mayoría de los dispositivos móviles tienen soporte para ella lo que permite la portabilidad de la aplicación en diferentes dispositivos con soporte GPS haciendo más fácil manipular información de otras plantas de importancia económica. La necesidad de compartir la información de las colectas con los investigadores del área de fue un requisito que permitió definir la existencia de un sistema de adquisición que permitiera la concentración y administración de la

2 información recabada para ello se analizó la posibilidad de construir un sistema a través del modelo vista controlador en lenguaje Java que permite la extensión para incorporar nuevas funcionalidades para el desarrollo de futuras aplicaciones. 2. ANTECEDENTES Actualmente se tienen registros de las investigaciones acerca de las propiedades químicas de las Stevia, ubicación y el número de colectas que se han realizado en diferentes temporadas del año, todos los datos se registran de forma manual y el usuario tiene que llevar una bitácora de campo para realizar observaciones, para solucionar este problema, se realizó un SIG que permite al usuario manipular la base de datos desde un dispositivo móvil y sincronizarse con un servidor central para actualizar la información sin necesidad de llevar el equipo de cómputo al campo para registrar la información. Esto ayuda al usuario a facilitar su trabajo y reducir el tiempo de captura a través una aplicación móvil en un dispositivo GPS NDRIVE S300 que es un PDAPhone con GPS integradoel cual incluye el software de navegación NDrive GO, incluye el sistema operativo Microsoft Windows Mobile 6.0, teléfono móvil libre con conexión GSM/GPRS, 128 MB ROM + 64 MB RAM, procesador de 416MHz, conectividad Bluetooth 2.0 y WiFi IEEE b/g (máximo 11 Mbps), receptor GPS SiRF Star III, además de una cámara de fotos de 2 megapixeles. Para desarrollar un SIG en dispositivos móviles, fue necesario conocer las características de las configuraciones de y perfiles del J2ME además de las características del mismo. Desarrollo de aplicaciones móviles En el desarrollo de aplicaciones móviles con J2ME [2] es necesario considerar las configuraciones y los perfiles, una configuración es un conjunto de API s que contiene las características de la Máquina Virtual de Java (JVM), la configuración Connected Limited Device Configuration (CLDC) [3] utiliza la máquina Virtual KiloByte (KVM) mientras que la configuración CDC utiliza la máquina Virtual C (CVM), estas definen el contrato entre un perfil y la máquina virtual de Java. Un perfil es un conjunto de API s con las características de los dispositivos; entre ellos se pueden mencionar el Mobile Information Device Profile (MIDP) [4], RMI, el Gaming y el multimedia que pertenecen al J2ME. El proyecto desarrollado se realizó utilizando la configuración CLDC 1.1 y el perfil MIDP 2.1. Sistema de Información geográfica Un SIG contiene la delimitación espacial de cada uno de los objetos geográficos analizados e información acerca de ellos, en este caso las plantas Stevia. En México el órgano regulador de intercambio de datos en sistemas de información geográfica es el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) a través de publicar estándares estadísticos internacionales para la generación de la información de interés nacional [5]. Este instituto se encarga de proporcionar los marcos de referencia, metodologías y procedimientos para la construcción de servicios de información e intercambio de datos como los SIG. Para la construcción, se debe tener la capacidad de asociar bases de datos temáticas con la descripción espacial precisa de objetos geográficos y las relaciones entre los ellos. En este caso se almacenó la ubicación geográfica de las plantas Stevia. Modelo Vista Controlador El Modelo Vista Controlador (MVC) es un patrón de diseño que considera dividir una aplicación en tres módulos: El Modelo, las Vistas y el Controlador. Donde el modelo representa la información y las clases. Las vistas muestran al usuario la información del modelo. Y el controlador que dirige el flujo de control de la aplicación. El controlador es la entidad responsable de coordinar la comunicación entre el modelo y las vistas. Este patrón se centrado en el paradigma orientado a objetos. En el proyecto de investigación el modelo es el conjunto de información a almacenar acerca de la localización, la planta y la colecta, la vista se rige por las aplicaciones MIDLETS y el controlador tiene acceso al modelo y a las vistas pero no en forma inversa. 3. DESARROLLO Análisis Funcionalidad del SIG. El primer paso consiste en analizar los requisitos del sistema a partir ellos se determinó que el sistema debe permitir realizar el registro de plantas, colectas y de la ubicación geográfica como lo muestra la figura 1. Figura 1. Casos de uso del SIG móvil

3 Almacenamiento: Un sistema para modelar bases de datos con las relaciones entre los objetos geográficos y la topología dependiendo de la forma en que se lleve a cabo existen tres formas vectoriales, raster y orientados a objetos [6]. El presente proyecto de investigación se basó en el modelado orientado a objetos para una evolución futura del sistema y el MVC. Un requisito identificado fue la necesidad de la portabilidad de la aplicación entre diversos dispositivos móviles con funcionalidad GPS integrada y la necesidad de compartir información pues al ser un Entorno de Bases de Datos Intermitente Sincronizable (ISDBE, por sus siglas en inglés) [1] debido a la comunicación periódica para sincronizar la información. Para lo cual se analizaron diversas opciones de almacenamiento embebido gratuito para la administración de la información, todas ellas compatibles con el lenguaje JAVA. La tabla 1 enlista las diferentes opciones para almacenar información en el ISDBE como la plataforma que las soporta y el tipo de licencia. Algunas permiten la implementación del paquete javax.microedition.rms integrado en el J2ME que consiste en un mecanismo de almacenamiento denominado Record Management System (RMS) [7] o record store. Un record store es un conjunto de registros, se representa un objeto de la clase RecordStore. Algunas características adicionales de la información presentada en la tabla 1 son: J2MEMicroDB es una librería de código abierto Permite la serialización de objetos, la administración de bases de datos relacionales, a través de la persistencia RMS y de formato propio y que ha servido como instrumento para Moodle LMS. JTOpen: Es una librería de acceso para dispositivos móviles. OpenBaseMovil es un Framework que integra además de una base de datos relacional, un conjunto de librerías para conectividad del dispositivo. Floggy realiza el encapsulamiento de este paquete para simplificar la administración de información. SQLite requiere de la instalación y configuración de un sqlite mobile client que permite la sincronización de información del dispositivo móvil con un servidor de información excepto algunos dispositivos móviles que por su configuración no lo permiten. Para el proyecto se utiliza SQLITE por sus características y portabilidad. El dispositivo GPS Garmin tiene almacenada la información en un formato compatible con SQLITE. Tabla 1. Análisis de almacenamiento de información en dispositivos móviles Nombre Aplicación J2MEMicro DB Licencia Plataforma P S Características Ref. GPL J2ME X X JTOpen LPP JAVA - - Open Base Movil Floggy GPL J2ME X X Apache License version 2.0. J2ME X X SQLite GPL Multi - X Permite el envío y recepción de datos desde dispositivos móviles, con soporte para CLDC y comunicación asíncrona Librerías de acceso a OS/400 y i5/os desde dispositivos móviles a un servidor remoto AS/400 Es un conjunto de librerías Open Source para desarrollo de aplicaciones móviles con bases de datos. Integra el MVC. Framework que encapsula la implementación de RMS (Record Management System) SQLite permite bases de datos de hasta 2 Terabytes de tamaño, y también permite la inclusión de campos tipo BLOB. L: Librería GPL: General Public License GPL: Java License Program Product P: Persistencia S: Serialización F: Framework Fuente: Elaboración propia [8] [9] [10] [11] [12] Un problema detectado en la elaboración del GIS fue el almacenamiento de información por tratarse de un ISDBE. El programa NDRIVE del GPS genera las bases de datos administrables con el SQLITE [12] y tiene el sistema operativo (SO) Windows Mobile 6.0 por lo que es sencillo utilizar el Microsoft Visual Studio 2008 para programar con el lenguaje C# una solución sencilla instalando el Sqlite Mobile Client. Sin embargo esto reducía la portabilidad de la aplicación a dispositivos GPS con el mismo sistema operativo. A partir de los objetos geográficos definidos en [13] se determinó la información mínima necesaria para gestionar la información de plantas y colectas como se muestra en la tabla 2. De esa forma los objetos geográficos que se pueden describir son: Localización: Se logra a través de la tabla de coordenadas Temporalidad: Se logra a través de la fecha de la colecta, debido a la explotación de recursos naturales, las zonas con Stevias registradas pueden desaparece.

4 Valores temáticos: Se consideraron en la tabla planta. Calidad de los datos. El GPS utiliza una precisión de +- 10m, sin embargo al realizar las colectas se encontraron dos o más especies diferentes de Stevia. Objetos ambiguos: Las colectas se realizaron debido a que se tenían registros asociados a localidades del estado de Hidalgo y no a su ubicación geográfica, por lo que se pudo documentar su posición actual. A partir de la figura 1 que contiene los requisitos de funcionalidad, se identifica la información mínima necesaria para gestionar el registro de plantas, colectas y coordenadas. Tabla 2. Información del SIG móvil Tablas Campos Nombre Común Familia Genero Planta Especie Tipo Vegetación Especie asociada Nombre colector Colecta Numero de colecta Fecha Longitud Coordenada Latitud DISEÑO Para realizar una colecta, es necesario tener información acerca del colector. Se debe tener un catálogo de plantas donde aparezca su familia, género y especie asociada así como la fotografía para hacer más fácil la identificación. Para ello el SIG móvil debe permitir registrar plantas, colectas y coordenadas. El diagrama entidad-relación se convierte en información para la base de datos como lo muestra la figura 2 Figura 2. Representación de los requisitos del sistema a partir del diagrama entidad-relación de la figura RESULTADOS Inicialmente se planteó la posibilidad de desarrollar la aplicación utilizando C# y la base de datos SQL Server CE, por las características del dispositivo móvil. Pero cuando se analizó la posibilidad de evolución del proyecto, se decidió convertir esta aplicación a una opción más portable, es ahí donde se decidió utilizar J2ME y utilizar el almacenamiento a través del paquete RMS. Sin embargo fue más complicado almacenar la información en términos de complejidad del almacenamiento de información porque se tuvo que administrar la información en forma de estructuras, debido a esto, se decidió utilizar alguna librería o manejador gratuito y portable para realizar el trabajo de administración de información. La información mínima necesaria del SIG se basó en los objetos geográficos definidos por [13] Al ser un ISDBE donde la comunicación del dispositivo móvil con un sistema gestor de base de datos que entre otros fines tiene el de servir como respaldo y actualización de información de otras colectas. Para ello fue necesario programar la conectividad del dispositivo. Se analizaron los estándares de comunicación Bluetooth y Wi-Fi. Se utilizó el estándar WI-FI para realizar las actualizaciones. Se realizó un modelo de base de datos relacional con una aplicación orientada a objetos en lenguaje Java. 5. CONCLUSIONES No es posible desarrollar una aplicación portable utilizando C# con SQL Server CE porque son dependientes de la plataforma Windows. J2ME es una alternativa para desarrollar aplicaciones móviles portables. Utilizando la configuración CLDC y el perfil MIDP para dispositivos móviles con GPS integrado. El estándar de comunicación permite proveer un canal de comunicación para que el dispositivo móvil y la computadora que posee el servidor de bases de datos estén operando en la misma red, el estándar permite establecer una comunicación, pero aún deberá especificarse el modo de realizarla pues se puede realizar a través de sockets con Java, del protocolo HTTP utilizando un navegador en forma de servicio o aplicación web utilizando servlets o jsp. Para este caso en particular se trabajó con servicios web que permitieran el envío de información. El canal de comunicación debió configurarse para que la red permitiera la visibilidad de los participantes. Fue necesario utilizar un modelo relacional de base de datos porque las opciones disponibles de librerías o Framework s no tienen soporte para bases de datos orientadas a objetos. La mayoría de los sistemas gestores de bases de datos permiten el acceso remoto de dispositivos móviles a través del desarrollo de un cliente en forma de página web en el dispositivo móvil, pero pocas son las opciones para administrar la información de forma embebida.

5 6. REFERENCIAS [1] Elmasri, Ramez, Navathe, Shamkant. Fundamentos De Sistemas de Bases de Datos. 5ta edición Pp ISBN [2] Mobile Information Device Profile (MIDP); JSR 118 publicado por ORACLE html. Consultada el 15 de mayo de [3] Connected Limited Device Configuration (CLDC); JSR 139. Publicado por ORACLE Consultado el 15 de mayo de [4] Mobile Information Device Profile (MIDP); JSR 118. Publicado por ORACLE html Consultado el 15 de mayo de [5]923 Estándares Internacionales. Publicado por INEGI. Ligas=Geotecs.cfm Consultado el 20 de Noviembre de [6]Gabriel Ortiz Rico Sistemas de Información Geográfica (SIG). Boletín de los Sistemas Nacionales Estadístico y de Información Geográfica. Vol 1. No pp [7] Databases and MIDP, Part 1: Understanding the Record Management System. Publicado por Eric Giguere en Oracle en ms html. Consultado el 11 de mayo de 2010.Friis- [8] Alier, M.; Casado, P.; Casany, M.J.; "J2MEMicroDB: a new Open Source lightweight Database Engine for J2ME Mobile Devices," Multimedia and Ubiquitous Engineering, MUE '07. International Conference on, vol., no., pp , April 2007 [9] Toolbox for Java and JTOpen ibm.com/systems/i/software/toolbox/downloads.html Publicado por IBM. Consultado el 20 de mayo de [10] Consultado el 12 de mayo de [11] [12] Consultado el 12 de mayo de [13] Friis-Christensen, Tryfona Christian S. Jensen. Requirements and Research Issues in Geographic Data Modeling. Proceeding 9na. ACM International Symposium on Advances in Geographic Information Systems, 2001.