Propuesta Computacional para el desarrollo de un sistema de monitoreo implementado vía Web a través del empleo de software libre (SIMOWeb).

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1 Propuesta Computacional para el desarrollo de un sistema de monitoreo implementado vía Web a través del empleo de software libre (SIMOWeb). Guadalupe Hernández Portilla 1, Gerardo Contreras Vega 2, Carlos Alberto Ochoa Rivera 3. Universidad Veracruzana, Avenida Xalapa esquina avenida Manuel Ávila Camacho s/n Colonia Obrero Campesina C.P Xalapa, Ver México, Teléfono (228) Correos electrónicos: 1, 3. Resumen. Los sistemas de monitoreo que actualmente están en el mercado son costosos, por lo tanto surge la necesidad de crear una nueva herramienta que permita disminuir dichos factores y que a la vez sea segura de implementar. El objetivo del presente trabajo es mostrar el ciclo de vida de desarrollo de una aplicación de este tipo, haciendo uso de las metodologías de desarrollo de software PUDS [4] y Áncora [3], así como el empleo de algunas técnicas para eliminar ruido en la captura de imágenes, para lograrlo se hará uso del equipo de cómputo, cámaras Web e infraestructura de red de la Facultad de Estadística e Informática desarrollando la aplicación usando software libre. Esta aplicación avisará a los usuarios sobre movimientos en el lugar en donde se instale la aplicación, a través de alguno de los siguientes medios de comunicación: Servicio de Mensaje Corto (SMS), correo electrónico ó VoIP. Palabras claves: sistemas de monitoreo, técnicas de eliminación de ruido, mejora de la imagen, detección de movimiento, metodologías de desarrollo. 1. Introducción. Los sistemas de reconocimiento de eventos vía Internet que se distribuyen actualmente en el mercado, combinan varias herramientas sofisticadas tanto de hardware como de software, lo cual ha propiciado que sean costosos y por lo mismo difíciles de adquirir. En el presente trabajo se tiene como objetivo desarrollar una aplicación que reduzca los costos y que aporte algunos elementos, tales como: 1) desarrollo de aplicaciones económicas, 2) aplicaciones independientes de las tecnologías, 3) sistemas totalmente automáticos de manera que una vez instalado no requiere la intervención de ningún agente externo para su funcionamiento, 4) hacer mayor énfasis en la utilización del software libre debido a que no se requiere licenciamiento para su uso, es de código abierto y de libre distribución. Para lograr dicho objetivo, en este artículo se aborda: el estado del arte para indicar que aspectos se consideran dentro de un sistema de tratamiento digital de imágenes, las metodologías de desarrollo, técnicas para la mejora y segmentación de imágenes y por

2 último se explica la propuesta computacional, en donde se mencionarán los elementos que integran a la aplicación y los avances en las etapas de desarrollo. 2. Estado del Arte Actualmente en los sistemas de monitoreo que se encargan de tratar las imágenes, un sensor recoge las observaciones a clasificar, un sistema extrae características que transforma la información observada en valores numéricos o simbólicos y un sistema clasifica de acuerdo a las características extraídas [1].La primera etapa del proceso es la adquisición de la imagen para lo cual se requiere un sensor y un digitalizador de la señal producida por el sensor. Una vez que se ha obtenido la imagen digital la siguiente etapa consiste en preprocesarla, es decir, mejorar la imagen de forma que se aumenten las posibilidades de éxito en los procesos posteriores. Al contar con una imagen apta para ser estudiada se aplica la segmentación para identificar sus partes constituyentes u objetos. La última etapa incluye el reconocimiento e interpretación. El reconocimiento es el proceso que asigna una etiqueta a un objeto. La interpretación implica asignar significado a un conjunto de objetos reconocidos, es decir, trata de asignar significado a un conjunto de entidades etiquetadas. [2] 3. Metodologías de desarrollo. Las metodologías que se tomarán como base para el desarrollo de SIMOWeb serán por un lado Áncora para la recolección de requerimientos, PUDS para la realización de las etapas de análisis, diseño, implementación y pruebas y PSP para medir la productividad del desarrollador. Áncora: Metodología para el Análisis de Requerimientos de Software conducente al Reuso. Se emplea en el contexto del análisis de requerimientos, dentro del desarrollo de software, se recolecta información para definir correctamente qué se quiere de un software nuevo y tener una representación clara para el usuario y que permita pasar a las siguientes etapas de desarrollo de software de forma sencilla y natural. Esta metodología se centra en la construcción de los siguientes elementos, guiones, diálogos, tablas y glosarios, modelo entidad-relación y puntos de función [3]. Proceso Unificado de Desarrollo de Software (PUDS). Emplea el Lenguaje Unificado de Modelado (UML) para expresar los requisitos de un usuario gráficamente en todos los esquemas de un sistema de software; pero, realmente, los aspectos que definen este Proceso Unificado son principalmente tres: es iterativo e incremental, dirigido por casos de uso y centrado en la arquitectura [4]. Personal Software Process (PSP). Es una metodología de reciente creación, proveniente del Instituto de Ingeniería del Software (SEI). Permite mejorar la

3 forma en la que construyen software. Considerando aspectos como la planeación, calidad, estimación de costos y productividad [5]. 4. Técnicas para la mejora y segmentación de imágenes. El principal objetivo de las técnicas de mejora de imágenes digitales es la manipulación de los datos de una imagen de manera que el resultado sea más adecuado que la original para una aplicación específica. [6]. Algunas de las técnicas de mejora que se pueden emplear son las del Dominio Espacial y de la Frecuencia. Las técnicas del dominio espacial se refieren al conjunto de píxeles que componen una imagen, para lo cual emplean procedimientos que operan directamente sobre ellos, a esto se le conoce como método del dominio espacial. Una aproximación alternativa al procesamiento de imágenes mediante filtros espaciales es la definición de filtros en el dominio de la frecuencia, algunas de estas técnicas que se pueden emplear son las secuenciales de cálculo de la transformada discreta de Fourier y los filtros de mejora en frecuencia. 5. Propuesta computacional Qué es SIMOWeb? SIMOWeb permitirá monitorear los eventos que se generen en el lugar en donde se instale, es decir, detectará cambios en el ambiente a vigilar, para lo cual debe ser capaz de llevar a cabo las siguientes actividades: Una vez que se arranque el proceso de monitoreo, el sistema debe tomar una serie de imágenes (por medio de la cámara estática) para que sean comparadas detectando si se registran cambios considerables en alguna de ellas. Para efectuar este proceso se aplicarán técnicas de mejora en las imágenes tomadas, de esta manera si se detecta movimiento se notificará al usuario, por medio del envío de correo electrónico y las imágenes comparadas se almacenarán en el servidor remoto, con la finalidad de tener acceso a ellas a través de Internet. Una vez que el usuario reciba el mensaje de alerta vía correo electrónico, podrá consultar u obtener, desde cualquier computadora con acceso a Internet, las imágenes que originaron dicho evento. Para controlar el acceso no autorizado a la aplicación además de encriptar claves, se asignará una clave única, la cual se proporcionará al momento de instalar la aplicación, para tener acceso a los módulos de configuración, iniciación y detección del proceso de detección de movimiento y al de dar de alta a cuentas de usuarios. La aplicación será implementada a través de un subsistema local y otro remoto. De manera local se realizarán los procesos de obtención de imágenes,

4 mejora, detección de movimiento, almacenamiento en el servidor remoto y envió de correo electrónico; por otra parte a nivel remoto se efectuarán los procesos de revisión de las imágenes que originaron la ejecución de los eventos locales. Por medio de las actividades propuestas por Áncora [1] se detectó que la aplicación estará conformada por 3 pistas: identificación del usuario, detección de movimiento y detección de información. A continuación se presentará el guión conformado por los procesos más significativos que llevará a cabo SIMOWeb (Fig. 1). Fig. 1 Pista Detección de Movimiento Para que el usuario configure la aplicación será necesario que indique los siguientes aspectos: el tamaño de las imágenes a capturar, determinar el espacio en el disco duro local que se requerirá para almacenar las imágenes a comparar, establecer el tiempo en el que la cámara deberá tomar las imágenes que se emplearán para detectar movimiento, indicar la ruta en donde se van a almacenar las imágenes que se van a comparar y el tiempo en el que éstas serán eliminadas. En el caso de emplear el método de diferencias comparativas para detectar el movimiento, se deberá indicar si se va a trabajar con una imagen fija o si el proceso la va a determinar. De forma automática llenará la tabla de ruta de almacenamientos que se encontrará en el servidor. Para la detección de movimiento, el proceso aplicará las siguientes acciones de manera paralela o secuencial, excepto en el caso en el que el usuario desee abortarlo:1) obtención de la imagen, 2) guardar la imagen en el disco duro local, 3) mejorar la imagen, eliminar ruido e identificar movimiento en las imágenes.,4) almacenamiento de las imágenes en el servidor remoto y envío correo electrónico. Las pistas obtenidas en la etapa de obtención de requerimientos al ser llevadas a la etapa de análisis y modeladas con las técnicas propuestas por PUDS, se obtuvo como resultado el modelo de paquetes de análisis y de casos de uso de cada uno de ellos.

5 Una vez identificados y modelados todos estos elementos se inició con la preparación del diagrama de despliegue y la arquitectura del programa (Fig. 2). La arquitectura del sistema se divide en las siguientes capas: 1. Específica de la aplicación: conformada por los paquetes deteccionmovimiento y revisioninformacion. 2. General de la aplicación. La constituye el paquete reutilizable identificacionusuario. 3. Especifica del software Intermedio. En ella se ubican los lenguajes de programación Java y PHP, el manejador de base de datos MySql y el servidor Web Apache. 4. Software de sistema: en ella se localiza el sistema operativo Unix y Windows (opcional debido a que es comercial) Fig. 1 Arquitectura SIMOWeb 6. Conclusión. De cada una de las metodologías que se mencionaron anteriormente se han tomado en cuenta varios de los elementos que la conforman, por ejemplo de Áncora se consideró la creación de los guiones, el modelo entidad-relación y el cálculo de puntos de función; de PUDS todas las etapas que considera como parte del ciclo de vida de software y de PSP el registro de tiempos de las actividades realizadas tanto de investigación como de desarrollo. Debido a que Áncora no incluye el modelado de aplicaciones en tiempo real, se realizó una modificación a la forma de presentar las escenas en el guión computacional, de esta manera se simbolizaron los procesos activos y la secuencia con la que se ejecutarían. Como se observa en la Figura 1, muchos de los procesos no son iniciados por un humano sino que estos son ejecutados por la aplicación, por tal motivo se optó por representar este suceso por medio del papel modcontrol. Al realizar los diagramas de colaboración fue necesario simbolizarlos no como actores sino como una clase de control, debido a que éste es un programa interno de la aplicación, por tal motivo no se

6 mapeo al 100% el guión computacional a los diagramas de colaboración. Estos fueron algunos de los cambios que se requirieron realizar a las metodologías de desarrollo empleadas para modelar los procesos de SIMOWeb, lo cual se debido principalmente a que se trata de una aplicación que trabaja en tiempo real y con eventos que se ejecutan de manera paralela. 7. Trabajos a futuro Dentro del diagrama de despliegue se consideró que no solo por medio de un correo electrónico se podría notificar al usuario sobre la presencia de algún evento inusual sino que también se podía efectuar por medio de mensajes SMS y VoIP. Es por tanto que una vez finalizada la aplicación se propondrá el desarrollo de un módulo de selección de notificación para que el usuario tenga la oportunidad de seleccionar el que más le convenga. También se propondrá que no solo se considere la cámara en un estado estático, sino que está pueda estar en movimiento para que se tomen todos los ángulos del lugar que va a monitorear, de esta manera no se restringirá a un solo punto de observación. Referencias Bibliográficas [1] Carrasco Ochoa Jesús Ariel, Reconocimiento de Patrones, texto, 20es%20la%20ciencia%20que%20se%20ocupa%20de%20los%20procesos%20sobre%20ingeni er%c3%ada%22, 11/09/2006 [2] González Rafael C. y Richard E. Woods, Tratamiento Digital de Imágenes, Addison Wesley, [3] Sumano López María de los Ángeles, Áncora: Metodología para el Análisis de Requerimientos de Software conducente al Reuso, México, [4] Jacobson Ivar; Booch Grady y Rumbaugh James, El Proceso Unificado de Desarrollo de Software, Addison Wesley, [5] Velasco Elizondo Perla Inés, PSP: Una alternativa para mejorar los procesos del software, texto, ; 07/04/2006. [7] Carrasco Ochoa Jesús Ariel, Reconocimiento de Patrones, texto, 20es%20la%20ciencia%20que%20se%20ocupa%20de%20los%20procesos%20sobre%20ingeni er%c3%ada%22, 11/09/2006

7 Currículum Vitae. Datos Personales Nombre Hernández Portilla Guadalupe Sexo Femenino Dirección 4ta privada de Nuevo León #4 Colonia Progreso Teléfono (228) Celular Fecha de 11 de diciembre de 1981 Nacimiento Estado Civil Soltera Estudios cursados en la ciudad Xalapa, Veracruz Primaria Escuela Primaria Carlos A. Carrillo Periodo: Secundaria Escuela Secundaria General No. 2 Julio Zarate Periodo: Bachillerato Escuela de Bachilleres Ricardo Flores Magón Oficial B Periodo: Universidad Facultad de Estadística e Informática (Universidad Veracruzana). Periodo: Posgrados Especialidad en Ingeniería de Software (Universidad Veracruzana) Periodo: Maestría en Ingeniería de Software Periodo: 2006-a la fecha Otros: Servicio Social: Departamento de Intercambio Académico de la Universidad Veracruzana.

8 Centro Universitario de Capacitación y Servicios en Informática del Fondo de Empresas de la Universidad Veracruzana. A.C. Diplomado en Informática. Periodo: 17 de mayo del de Febrero del 2004 Centro Universitario de Capacitación y Servicios en Informática del Fondo de Empresas de la Universidad Veracruzana. A.C. curso en Redes Lan Windows NT Server 2000 Periodo: 15 de Marzo al 3 de Junio del 2004 Facultad de Idiomas Curso en Lengua Inglesa. Experiencia Laboral Secretaría de Salud de Veracruz, Departamento de Sistematización de Pagos Periodo: 1 de Septiembre del 2003 hasta la fecha Puesto: Programador analista. Actividades: Desarrollo de aplicación Web y de escritorio. Diseño de bases de datos Actualización y mantenimiento a Programas. Diseño de Presentaciones.

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